カルコゲナイド原子層薄膜のトポタクティック合成と新奇物性開拓

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20H01847
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 中山 耕輔 東北大学, 理学研究科, 助教 (40583547)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: カルコゲナイド / 原子層薄膜 / トポタクティック反応 / 角度分解光電子分光 / 電子状態

研究成果の概要

カルコゲナイド原子層薄膜における新規物性の探索と発現機構解明を目指して、分子線エピタキシー(MBE)法とトポタクティック法を融合した独自の薄膜作製手法を確立した。これにより、鉄系高温超伝導体やトポロジカル絶縁体、遷移金属ダイカルコゲナイドなどの硫化物を含む薄膜合成に成功した。また、高分解能ARPESによる電子状態評価に基づいて、超伝導や電荷密度波などの物性やその発現機構について新たな知見を得た。特に鉄系超伝導体における構造相転移を伴わない純粋なネマティック秩序や遷移金属カルコゲナイドにおける高次フェルミネスティングに由来するCDWなどエキゾチックな量子状態を示唆する結果を得た。

自由記述の分野

光電子固体物性

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、MBE法とトポタクティック反応法を組み合わせた新しい手法を開発し、これまでMBE法単独では困難とされていた硫化物薄膜の作製に成功した。カルコゲナイドは変化に富んだ膨大な数が存在し、基礎から応用まで広範な分野で先端材料として盛んに利用されている。本研究において鉄系高温超伝導体やトポロジカル絶縁体、遷移金属ダイカルコゲナイドなどで有用性を実証したように、トポタクティック法を用いた新手法は様々なカルコゲナイドに広く適用できることから、カルコゲナイド薄膜の作製や物性研究の新基軸になると期待される。