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2022 年度 実施状況報告書

超高速電子移動度と超巨大磁気抵抗を示す非磁性半金属の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 21K18181
研究機関東京工業大学

研究代表者

笹川 崇男  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (30332597)

研究分担者 三澤 哲郎  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (40635819)
研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2025-03-31
キーワード非磁性半金属 / 超高速電子移動度 / 超巨大磁気抵抗 / 単結晶 / 第一原理計算
研究実績の概要

キャリア移動度および磁気抵抗変化率(MR)で未踏領域の特性値を示す物質の創製に挑戦した。その戦略として、相対論効果や結晶および電子軌道の対称性(既約表現)に基づいて発現する特徴的な電子構造をもつ非磁性半金属を対象とした。
第一原理計算を活用しながら、超高速キャリア移動度(μ∝τ/m*)の実現に向けて、物質固有の電子有効質量(m*)を極端に小さくできるグラフェンに類似した線形電子分散(ディラック型)および派生した特徴的な電子構造(ワイル型、ノーダルライン型、ノーダルリング型など)をもつ半金属を開発した。
選定を進めていた候補物質について、化学組成や欠陥量を精密制御した純良単結晶試料の準備に取り組み、キャリア移動度や磁気抵抗変化率を含めた磁気輸送特性の詳細な評価を行った。
大型単結晶の準備が難しい物質や、van der Waals 層状化合物をへき開したマイクロ薄片などの微小単結晶を対象としたデバイス化測定が可能な技術の開発も進んだ。
学会発表や論文発表にまで至った本年度に扱った物質は、ReSe2, WTe2, MoS2, ZrSiS, HfSiS, MoTe2, PdBi2, CaSb2, NbTe2, Bi2Sr2CaCu2O8 など、多岐にわたった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

物質・特性開拓について設定した研究戦略の遂行が順調に進み、ReSe2, WTe2, MoS2, ZrSiS, HfSiS, MoTe2, PdBi2, CaSb2, NbTe2, Bi2Sr2CaCu2O8 など、多岐にわたる物質を高品質な単結晶試料として開発し、それぞれについての成果を学会発表や論文発表を行うことができた。

今後の研究の推進方策

引き続き、相対論効果や結晶および電子軌道の対称性(既約表現)に基づいて発現する特徴的な電子構造をもつ非磁性半金属を対象として、キャリア移動度および磁気抵抗変化率(MR)で未踏領域の特性値を示す物質の創製に挑戦してゆく。
化学組成や欠陥量の精密評価を行った単結晶試料を対象に、研究戦略の有効性の実証が進んでいるので、この勢いを維持して研究を推進してゆく。

次年度使用額が生じた理由

半導体部品の不足に伴って、購入希望装置についての納品期日が確定できなかった。本年度の研究遂行に大きな障害とはならなかったが、次年度以降の早い時期に購入物品の確定を行う。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (20件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Minnesota/Florida State University/Argonne National Laboratory(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Minnesota/Florida State University/Argonne National Laboratory
    • 他の機関数
      2
  • [国際共同研究] University of British Columbia(カナダ)

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      University of British Columbia
  • [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Max Planck Institute
  • [雑誌論文] Dry Pick-and-flip Assembly of van der Waals Heterostructures for Microfocus Angle-resolved Photoemission Spectroscopy2022

    • 著者名/発表者名
      S. Masubuchi, M. Sakano, Y. Tanaka, Y. Wakafuji, T. Yamamoto, S. Okazaki, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Li, H. Ejima, T. Sasagawa, K. Ishizaka, and T. Machida
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 ページ: 10936

    • DOI

      10.1038/ s41598- 022-14845-z

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Odd-even Layer-number Effect of Valence-band Spin Splitting in WTe22022

    • 著者名/発表者名
      M. Sakano, Y. Tanaka, S. Masubuchi, S. Okazaki, T. Nomoto, A. Oshima, K. Watanabe, T. Taniguchi, R. Arita, T. Sasagawa, T. Machida, and K. Ishizaka
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Research

      巻: 4 ページ: 23247/1-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.4.023247

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unconventional Short-range Structural Fluctuations in Cuprate Superconductors2022

    • 著者名/発表者名
      D. Pelc, R.J. Spieker, Z.W. Anderson, M.J. Krogstad, N. Biniskos, N.G. Bielinski, B. Yu, T. Sasagawa, L. Chauviere, P. Dosanjh, R. Liang, D.A. Bonn, A. Damascelli, S. Chi, Y. Liu, R. Osborn, M. Greven
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 ページ: 20483

    • DOI

      10.1038/ s41598- 022-22150-y

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] トポロジカル超伝導候補 CaSb2単結晶における超伝導特性への元素置換効果2023

    • 著者名/発表者名
      深井悠太郎、笹川崇男
    • 学会等名
      第61回セラミックス基礎科学討論会
  • [学会発表] (Zr,Hf)SiS 単結晶の超巨大磁気抵抗と量子振動2023

    • 著者名/発表者名
      澤田峻輝、笹川崇男
    • 学会等名
      第61回セラミックス基礎科学討論会
  • [学会発表] 単斜晶系NbTe2の超伝導・トポロジカル特性評価2023

    • 著者名/発表者名
      福岡諒,笹川崇男
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] AB積層結晶の表面近傍電子状態におけるらせん対称性の破れ2023

    • 著者名/発表者名
      田中宏明,岡崎尚太、小林賢、福島優斗,新井陽介,飯盛拓嗣,Mikk Lippma、山神光平、小谷佳範、小森文夫、黒田健太、笹川崇男、近藤猛
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] ツイスト2層WSe2におけるバンド構造のツイスト角依存性の直接観測2023

    • 著者名/発表者名
      山本崇人、坂野昌人、赤塚俊輔、岡崎尚太、笹川崇男、渡邊賢司、谷口尚、北村未歩、堀場弘司、菅原克明、相馬清吾、佐藤宇史、組頭広志、篠北啓介、松田一成、増渕覚、町田友樹、石坂香子、三石夏樹
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] モット絶縁体NiS2のステップ近傍における絶縁ギャップ観察2023

    • 著者名/発表者名
      安井勇気、岩田孝太、岡崎尚太、宮坂茂樹、杉本宜昭、花栗哲郎、高木英典、笹川崇男
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] 共鳴トンネル効果を用いたツイスト2層WSe2の価電子帯Γ点バンドの検出2023

    • 著者名/発表者名
      木下圭、守谷頼、岡崎尚太、張奕勁、増渕覚、渡邊賢司、谷口尚、笹川崇男、町田友樹
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] カイラル半導体gamma-In2Se3の単結晶育成と光電特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      村田陵河、谷口黎、笹川崇男
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] 180度ツイスト2層ReSe2における空間反転対称性の破れと電子状態2022

    • 著者名/発表者名
      赤塚俊輔、坂野昌人、山本崇人、野本拓也、有田亮太郎、村田陵河、笹川崇男、渡邊賢司、谷口尚、北村未歩、堀場弘司、菅原克明、相馬清吾、佐藤宇史、組頭広志、篠北啓介、松田一成、増渕覚、町田友樹、石坂香子
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] 超伝導MoTe2における巨大な非相反電気伝導現象2022

    • 著者名/発表者名
      若村太郎,橋坂昌幸,岡崎尚太、笹川崇男、谷口尚、渡邊賢司、村木康二,熊田倫雄
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] 電界効果トランジスタ用いたキャリア注入による磁性トポロジカル絶縁体Fe-BiSbTe2Seの表面状態の探索2022

    • 著者名/発表者名
      反田剛、矢野力三、廣瀬陽代、笹川崇男、柏谷聡
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] 超高速時間分解電子回折とシミュレーションによる超イオン導電体AgCrSe2の散漫散乱の研究2022

    • 著者名/発表者名
      千足勇介、中村飛鳥、下志万貴博、古賀淳平、矢野力三、笹川崇男、石坂香子
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] 極低温高分解能レーザーARPESによるトポロジカル超伝導体PdBi2における超伝導ギャップの直接観測2022

    • 著者名/発表者名
      峯明史,Yigui Zhon、Sahand Najafzadeh,大川顕次郎、坂野昌人、石坂香子、辛埴、笹川崇男、岡﨑浩三
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] NbTe2単結晶の構造相転移と超伝導2022

    • 著者名/発表者名
      福岡諒、笹川崇男
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 二次元強誘電体CuInP2S6における面直バルク光起電力効果2022

    • 著者名/発表者名
      張奕勁、谷口黎、増渕覚、守谷頼、渡邊賢司、谷口尚、笹川崇男、町田友樹
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] トポロジカルジョセフソン接合形成に向けた単層WTe2/超伝導デバイスのゲート効果2022

    • 著者名/発表者名
      細田雅之、ディーコンラッセル、ランドルマイケル、岡崎尚太、笹川崇男、谷口尚、渡邊賢司、大伴真名歩、河口研一、佐藤信太郎、石橋幸治
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 4層WSe2のサブバンド間共鳴トンネルにおけるツイスト角度依存性2022

    • 著者名/発表者名
      木下圭、守谷頼、岡崎尚太、張奕勁、増渕覚、渡邊賢司、谷口尚、笹川崇男、町田友樹
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] バルクp+-MoS2/h-BN/バルクp+-MoS2トンネル接合における負性微分抵抗の観測2022

    • 著者名/発表者名
      川崎盛矢、木下圭、守谷頼、張奕勁、増渕覚、渡邊賢司、谷口尚、笹川崇男、町田友樹
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] マイクロ集光軟X線角度分解光電子分光によるワイドギャップ半導体h-BN薄片のバルク電子状態観測2022

    • 著者名/発表者名
      田中宏明、小林賢、福島優斗、新井陽介、飯盛拓嗣、山神光平、小谷佳範、小森文夫、黒田健太、近藤猛、笹川崇男
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] ツイスト二層WTe2の対称性制御とレーザー角度分解光電子分光・SHG観測2022

    • 著者名/発表者名
      神谷啓介、張奕勁、山本崇人、坂野昌人、篠北啓介、岡崎尚太、増渕覚、渡邊賢司、谷口尚、笹川崇男、松田一成、石坂香子、町田友樹
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [備考] 東京工業大学 笹川研究室

    • URL

      https://www.msl.titech.ac.jp/~sasagawa/index.html

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公開日: 2023-12-25  

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