強磁性トポロジカル結晶絶縁体の開発とその空間反転対称性からみた特性の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26870086
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 秋山 了太 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40633962)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: トポロジカル結晶絶縁体 / トポロジカル絶縁体 / MBE / 角度分解光電子分光 / 磁性半導体 / 狭ギャップ半導体 / ワイル半金属

研究実績の概要

本研究では、トポロジカル結晶絶縁体SnTeに磁性元素を添加して、それが表面状態に及ぼす影響を詳細に調べることが目標である。トポロジカル結晶絶縁体はトポロジカル絶縁体とは違って、表面状態が理論的には結晶の鏡映対称性によって担保されている。そのため、時間反転対称性が破れてもトポロジカル表面状態が保たれると考えられる。磁性元素の添加によって時間反転対称性は破れるが鏡映対称性は保たれる場合、磁性元素によって強磁性になる一方で表面状態も有効であるので、強磁性のトポロジカル絶縁体が実現できると期待される。本研究では、磁性元素としてMnやCrを用いてその検証を行った。その結果、MnとCrともに強磁性化することに成功した。添加濃度を変えていくと磁性の強さも制御できることが分かった。また、濃度によっては磁性元素が析出するが、析出せずに強磁性を発現させることに成功した。またこれらの磁性元素添加試料作製に先立ち、SnTe薄膜作製の条件最適化を行い、より平坦性の高い試料作製に成功した。また従来p型のため難しかったトポロジカル表面状態の観測を角度分解光電子分光装置によって行った。また強磁性体カルコゲナイドCrTeについて、SnTe上にエピタキシャル成長できることを明らかにした。これによって、SnTeと強磁性体の接合の作製に成功した。磁性元素ドーピング以外にもこの手法によって、強磁性近接効果による強磁性表面状態の実現が期待される。これらで得られた成果は学会や論文において発表を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Berry phase shift from 2π to π in Bilayer graphene by Li-intercalation and sequential desorption (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryota Akiyama, Yuma Takano, Yukihiro Endo, Satoru Ichinokura, Ryosuke Nakanishi, Kentaro Nomura, and Shuji Hasegawa
  • 雑誌名: arXiv 巻: 1701.0393 ページ: -
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Shubnikov-de Haas oscillations in p and n-type topological insulator (BixSb1－x)2Te3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryota Akiyama, Kazuki Sumida, Satoru Ichinokura, Akio Kimura, Konstantin A. Kokh, Oleg E. Tereshchenko, Shuji Hasegawa
  • 雑誌名: arXiv 巻: 1701.00137 ページ: -
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Origin of the large positive magnetoresistance of Ge1－xMnx granular thin films (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. K. Wakabayashi, R. Akiyama, Y. Takeda, M. Horio, G. Shibata, S. Sakamoto, Y. Ban, Y. Saitoh, H. Yamagami, A. Fujimori, M. Tanaka, and S. Ohya
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 ページ: 014417-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.95.014417
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thin film growth of a topological crystal insulator SnTe on the CdTe (111) surface by molecular beam epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryo Ishikawa, Tomonari Yamaguchi, Yusuke Ohtaki, Ryota Akiyama, Shinji Kuroda
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 453 ページ: 124-129
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2016.08.027
  • 査読あり
• [学会発表] トポロジカル絶縁体/磁性絶縁体超薄膜ヘテロ接合II (2017)
  • 著者名/発表者名: 中西亮介, 秋山了太, 奥山裕磨, 高木康多, S. V. Eremeev, E. V. Chulkov, 横山利彦, 長谷川修司, 平原徹
  • 学会等名: 2017年春季日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-18 – 2017-03-18
• [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体(Pb,Sn)Te薄膜のキャリア密度制御および表面状態観察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大滝祐輔, 山口智也, 石川諒, 黒田眞司, 中西亮介, D. Fan, 秋山了太, 長谷川修司, 宮本幸治, 佐藤仁, 木村昭夫
  • 学会等名: 2017年春季日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-17
• [学会発表] Si(111)-√3×√3-Bi上に成長したトポロジカル結晶絶縁体SnTe薄膜へのLiドーピング効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中西亮介, 秋山了太, 鎮西弘毅, 長谷川修司
  • 学会等名: 2017年春季日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-17
• [学会発表] Fabrication and evaluation of high-quality PbxSn1-xTe thin films (2016)
  • 著者名/発表者名: 秋山 了太、中西 亮介、ファン ディ、山口 智也、大滝 祐輔、石川 諒、黒田 眞司、木村 昭夫、佐藤 仁、長谷川 修司
  • 学会等名: 第二回「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」領域研究会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-12-16 – 2016-12-18
  • 招待講演
• [学会発表] Effects of Li-doping into topological crystalline insulator SnTe thin films on Si(111)-√3×√3-Bi (2016)
  • 著者名/発表者名: 中西 亮介、秋山 了太、鎮西 弘毅、長谷川 修司
  • 学会等名: 第二回「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」領域研究会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-12-16 – 2016-12-18
• [学会発表] Si(111)√3×√3-Bi上におけるトポロジカル結晶絶縁体SnTe薄膜の成長とその評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 秋山了太, 中西亮介, 遠藤由大, 一ノ倉聖, 長谷川修司
  • 学会等名: 2016年秋季日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-13
• [学会発表] 分子線エピタキシー法による(Pb,Sn,Cr)Te薄膜の作製と磁性の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川諒, 山口智也, 大滝祐輔, 秋山了太, 黒田眞司
  • 学会等名: 2016年秋季日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-13
• [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体(Pb,Sn)Te薄膜の角度分解光電子分光による表面状態観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口智也, 大滝祐輔, 石川諒, 黒田眞司, D. Fan, 秋山了太, 長谷川修司, 宮本幸治, 佐藤仁, 木村昭夫
  • 学会等名: 2016年秋季日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-13
• [学会発表] Observation of the Shubnikov-de Haas oscillation in topological insulator (Bi1-xSbx)2Te3 flakes (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryota Akiyama, Kazuki Sumida, Satoru Ichinokura, Akio Kimura, Konstantin Kokh, Oleg Tereshchenko and Shuji Hasegawa
  • 学会等名: IVC-20
  • 発表場所: 釜山（韓国）
  • 年月日: 2016-08-21 – 2016-08-26
  • 国際学会
• [学会発表] Shubnikov-de Haas oscillations in n and p-type topological insulator (Bi1-xSbx)2Te3 flakes (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryota Akiyama, Kazuki Sumida, Satoru Ichinokura, Akio Kimura, Konstantin Kokh, Oleg Tereshchenko, and Shuji Hasegawa
  • 学会等名: NTTI2016 and NGS 17
  • 発表場所: ヴュルツブルク（ドイツ）
  • 年月日: 2016-07-24 – 2016-07-29
  • 国際学会
• [学会発表] Thin films of a topological crystalline insulator SnTe grown by molecular beam epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Ishikawa, R. Akiyama, and S. Kuroda
  • 学会等名: NTTI2016 and NGS 17
  • 発表場所: ヴュルツブルク（ドイツ）
  • 年月日: 2016-07-24 – 2016-07-29
  • 国際学会
• [学会発表] トポロジカル（結晶）絶縁体における電気伝導特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 秋山了太
  • 学会等名: 第1回TIA連携プログラム「強磁場計測とデータ解析技術の融合によるエネルギーデバイス材料評価システムの確立に向けた基礎調査研究」オープンセミナー
  • 発表場所: 物質材料研究機構（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2016-07-20 – 2016-07-20
  • 招待講演
• [学会発表] Magnetic properties of (Sn,Mn)Te thin films grown by molecular beam epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Ishikawa, R. Sakurai, T. Yamaguchi, R. Akiyama, S. Kuroda, A. Kimura, Y. Takeda, Y. Saitoh
  • 学会等名: PASPS-9
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2016-07-07 – 2016-07-11
  • 国際学会
• [学会発表] Properties of topological insulators probed by a magnetic field (2016)
  • 著者名/発表者名: 秋山了太
  • 学会等名: 東京大学物性研究所短期研究会「強磁場コラボラトリー、国際協力と強磁場科学」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所（千葉県柏市）
  • 年月日: 2016-06-23 – 2016-06-23
  • 招待講演
• [備考] Researchmap
  • URL: http://researchmap.jp/rakiyama/
• [備考] Researchgate
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Ryota_Akiyama
• [備考] 長谷川研究室HP
  • URL: http://www-surface.phys.s.u-tokyo.ac.jp/top_j.html