研究課題
固体物質では結晶構造の空間反転対称性の破れに起因し分極（極性）を持つ物質がある。この分極に起因して、絶縁体材料では強誘電性や圧電性が生じる。また 磁性を持つ材料では、磁性と強誘電性が相関したマルチフェロイック材料がこれまで盛んに研究されてきた。一方で、金属における極性構造の影響についての研究は少なく、特に、極性構造に由来した分極が生み出す機能性はこれまであまり報告されていない。しかしながら、静的な分極の影響は無くても、動的な分極の影響を伝導電子が受ける可能性ある。このような観点のもと本研究では極性金属の合成と新奇現象の開拓を試みた。その中で、極性構造－非極性構造の構造不安定性を持つ、3元系化合物の合成に成功した。さらにこの材料において、２K付近で超伝導転移を示すことを明らかにした。そして、この超伝導の性質を調べるため、0.3Kまでの極低温での磁場依存性や、表面を削ることによる表面依存性や厚み依存性の測定を行った。その結果、超伝導はバルクではなく表面で生じていることが示唆された。また、極性構造に由来した、ラッシュバ型のスピン分裂が予想され、それに起因した異方的な臨界磁場が観測された。さらに、バンド計算からは、ディラック点やワイル点を持つトポロジカルなバンド構造が示唆されており、このトポロジカルなバンド構造に由来した表面超伝導の可能性がある。その他にも。極性金属MoTe2、トポロジカル半金属VTe2、トリビアルな半金属TiTe2における動的ピエゾ効果の観測を試みた。その結果、MoTe2及びVTe2では有限な逆ピエゾ効果を観測し、金属においても誘電性が現れることを明らかにしている。この結果は、トポロジカルなバンド構造を持つ場合に金属での誘電応答が観測されることを示唆している。一方でその定量性やバンド構造と金属での誘電応答の相関については明らかになっておらずその解明が今後の課題である。
2: おおむね順調に進展している
本研究では、極性構造を有する金属材料の合成とその新機能の創成を目指し研究を行っている。そして、これまでに極性－非極性の構造不安定性を持つ新材料（3元系化合物）の単結晶合成に成功した。さらにこの物質の第一原理計算により、バンド反転を持つトポロジカルなバンド半金属であることが示唆された。また電気抵抗や磁化の測定から超伝導転移を示すことを明らかにした。そのほかにも遷移金属カルコゲナイド化合物においてトポロジカルなバンド構造を持つ場合に動的ピエゾ効果の観測に初めて成功している。
本研究では、極性－非極性の構造不安定性を持つ新規材料の単結晶合成に成功し、低温２Kで超伝導転移を示すことを明らかにした。一方で、そのこの超伝導がバルクの超伝導ではなく表面超伝導であることが示唆された。そこで、この超伝導が実際に表面で生じているかどうかの直接観測を行うため、操作がたスクイッド等を用いた表面敏感なプローブを用いた物性測定を試みる。そのほかにも、トポロジカル材料における動的ピエゾ効果の観測に成功しており、定量性を含めたより詳細な研究を行うとともに、新しいトポロジカル材料での巨大圧電応答の探索を行う。
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