三次元磁性トポロジカル絶縁体による空間的表面状態制御

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21K13854
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 矢野 力三 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80830356)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: トポロジカル物質 / 表面状態制御 / 異常ホール効果 / 表面超伝導 / 磁性トポロジカル絶縁体 / 磁性ワイル半金属 / ノーダルディラック半金属 / 超伝導接合

研究実績の概要

本研究では磁化を使った物性制御・超伝導状態制御を目指している。前年度の結果を踏まえ、今期では新たなる磁性ドープトポロジカル絶縁体(Topological Insulator: TI)や新たなる磁性トポロジカル物質の候補物質の探索を行った。加えて、この研究を通じて確立した手法を用いて表面超伝導候補物質の調査を行った。
これまで注目してきたFe-BiSbTe2Se(BSTS)が想定された磁化を持っていない可能性があったことから、新たな磁性元素ドープTIの開発に取り組んだ。3d元素はBSTS系にはドープしにくいことが知られているが、この根本原因を考慮して育成条件を改良したところ実際に格子定数が大幅に変わる組成がいくつか得られた。これらの物質が磁性TIとなりうるか引き続き調査していく。
本研究では磁化を空間制御して将来的な超伝導状態制御を目指してきたが、磁性TI以外の磁性トポロジカル物質の使用可能性を検討した。超伝導接合との相性を考慮し、正味の磁化は小さい磁性トポロジカル物質の探索を行った。ほぼ報告例のないAB2X4(A,B:3d族元素、X:カルコゲン)という物質の単結晶育成に成功し、ある組成で反強磁性型のフェリ磁性で正味の磁化が小さいながらも異常ホール効果を示す物質を発見した。今後この物質の超伝導デバイス化を検討する。
本研究を通じて確立した物質の表面化学ポテンシャル制御の手法を用いてノーダルディラック半金属候補Pd-CaAgPの電子状態とその超伝導状態の調査を行った。表面化学ポテンシャル制御下の磁気輸送特性の結果から、この物質は高易動度の表面状態を持つことを明らかにし、1 K以下での超伝導が二次元的であることを明らかにした。さらにこの超伝導が非従来型を示唆する結果が得られた。この物質はへき開性がないため、3次元空間を活かした表面状態制御が行える可能性があるため今後検討していく。

研究成果

• [雑誌論文] Giant impurity effect on anomalous Hall effect of Mn3Sn (2024)
  • 著者名/発表者名: Rikizo Yano, Shunya Kihara, Masayasu Yoneda, Huyen Thi Ngoc Vu, Hiroyuki Suto, Naoyuki Katayama, Takeo Yamaguchi, Makoto Kuwahara, Michi-To Suzuki, Koh Saitoh, and Satoshi Kashiwaya
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 160 ページ: 184708
  • DOI: 10.1063/5.0195211
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transport Properties of Magnetically doped Topological Insulator Fe-BiSbTe2Se (2023)
  • 著者名/発表者名: Tanda, R. Yano, H.T. Hirose, T. Sasagawa, and S. Kashiwaya
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 38 ページ: 11180
  • DOI: 10.7566/JPSCP.38.011180
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Andreev Bound States and Doppler Shift in La1.85Sr0.15CuO4/Au Junctions (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Teshima, K. Donguhn, T. Sakamori, R. Yano, Y. Hiramatsu, S. Tamura, K. Yada, Y. Tanaka, T. Sasagawa, and S. Kashiwaya
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 38 ページ: 11041
  • DOI: 10.7566/JPSCP.38.011041
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two-Band Model and Point Contact Spectroscopy of Nodal-Line Semimetal CaAg0.9Pd0.1P (2023)
  • 著者名/発表者名: N. Matsubara, S. Nagasaka, R. Yano, K. Saigusa, Y. Shinoda, Y. Okamoto, K. Takenaka, and S. Kashiwaya
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 38 ページ: 11028
  • DOI: 10.7566/JPSCP.38.011028
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of Magnetic Field Induced by Time-Reversal Symmetry Broken Superconductors (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Teshigawara, Y. Mawatari, H. Yamamori, R. Yano, and S. Kashiwaya
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 38 ページ: 11069
  • DOI: 10.7566/JPSCP.38.011069
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Theory of Josephson current on a lattice model of grain boundary in d-wave superconductors (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamori, S. Kashiwaya, R. Yano, Y. Tanaka, T. Hatano and K. Yada
  • 雑誌名: Supercond. Sci. Technol. 巻: 36 ページ: 85011
  • DOI: 10.1088/1361-6668/acdeaf
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence of unconventional superconductivity on the surface of the nodal semimetal CaAg1-xPdxP (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Yano, S. Nagasaka, N. Matsubara, K. Saigusa, T. Tanda, S. Ito, A. Yamakage, Y. Okamoto, K. Takenaka and S. Kashiwaya
  • 雑誌名: Nat. Commu. 巻: 14 ページ: 6817
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42535-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] トポロジカル絶縁体FeドープBiSbTe2Seの磁場中輸送特性と表面電子状態 (2023)
  • 著者名/発表者名: 反田剛、矢野力三、谷口晴香、林時温、中河西翔、廣瀬陽代、笹川崇男、柏谷聡
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] 擬一次元構造を持つ遷移金属カルコゲナイドの単結晶育成と物性評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 矢野力三、高橋智紀、奥田大貴、谷口晴香、笹川崇男、柏谷聡
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] 超伝導ノーダルライン半金属PdドープCaAgPへのトンネル分光 (2023)
  • 著者名/発表者名: 松原直生, 長坂翔太, 矢野力三, 三枝一茂, 岡本佳比古, 竹中康司, 柏谷聡
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] Co2MnGaの異常ホール効果の結晶作製条件依存性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬 勝彦、田口 勝久、柏谷 聡、矢野 力三
  • 学会等名: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 超伝導体における時間反転対称性の決定に向けたSQUID測定系の構築 (2023)
  • 著者名/発表者名: 勅使河原 充洋、大野 誠、山森 弘毅、馬渡 康徳、矢野 力三、柏谷 聡
  • 学会等名: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 磁性体単結晶に着目した新奇電子機能の開拓 (2023)
  • 著者名/発表者名: 矢野力三
  • 学会等名: 2023年度NFRW・応用物理学会東海地区若手チャプタージョイントWS
  • 招待講演