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近年、特殊な金属状態を結晶表面に有するトポロジカル絶縁体(TI)が注目されており、基礎・応用の両観点からグラフェンを越える可能性を有する物質として世界中で盛んに研究されている。本研究では、特に”トポロジカル結晶絶縁体(TCI)” と呼ばれる新種のTIに着眼して研究を行っている。
今までバルク結晶のPb1-xSnxSe表面に着眼して、走査トンネル顕微鏡を用いた分光実験を行ってきた。Dirac電子が波として振舞うことによって形成された干渉パターンの解析、ならびに磁場の印加によって形成されたランダウレベルの解析により、TCIならではの様々な特徴を微視的に調べた。その結果、結晶表面では原子配列の歪みによって鏡面対称性が破れ、Dirac電子のバンド構造にエネルギーギャップが出現することがわかり、その形成メカニズムを構築することに成功した。さらに、Dirac電子と格子振動との相互作用を明らかにすることにも成功した。
これらバルク結晶で得られた知見を薄膜に拡張し、積極的にDirac電子を制御することが重要である。本年度は、エピタキシャル薄膜技術を駆使した試料作成との融合を目指す研究も加速させた。特に、遷移金属酸化物薄膜に着眼することは、トポロジカル量子現象に新展開をもたらすための挑戦的で重要な視点である。本年度は、原子レベルで平坦な表面を有するチタンやバナジウムを含む幾つかの遷移金属酸化物薄膜を作製し、原子レベルで電子状態を観測することに成功した。
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