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2019 年度 実績報告書

トポロジカルファンデルワールス結晶ナノ試料における量子輸送現象開拓

公募研究

研究領域トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア
研究課題/領域番号 18H04216
研究機関東京大学

研究代表者

井手上 敏也  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (90757014)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
キーワードファンデルワールス結晶 / トポロジカル物質
研究実績の概要

昨年度は、MoTe2やPbTaSe2といった、新規トポロジカルファンデルワールス結晶および候補物質の劈開試料を用いて、空間反転対称性の破れた物質における固有の整流特性である非相反電荷輸送現象の研究に取り組んだ。
本年度は、上述した磁場下非相反電荷輸送現象の研究をさらに推進し、非相反伝導現象と電子バンドの幾何学やトポロジーとの関係性の解明に取り組んだ。特に、極性構造を持つ低温相がタイプⅡワイル半金属であることが知られているトポロジカルファンデルワールス結晶MoTe2において、電子バンドの幾何学やトポロジーに起因した非相反伝導の新しい機構の可能性を見出した。
具体的には、昨年度集中的に研究した縦伝導だけでなく、横伝導(ホール効果)にも着目し、MoTe2において、磁場と電流が垂直な配置では非相反縦伝導が、磁場と電流が平行な配置では非相反横伝導(非線形ホール効果)が、極性構造を反映して生じることを明らかにした、さらに、非相反縦伝導に比べて、非相反横伝導の大きさが数倍大きいことを発見した。このことは、非線形伝導の微視的機構の解明に重要な知見であると考えられ、線形伝導と非線形伝導度の相関の解析等を行うことで、観測された非相反伝導が、傾いた線形バンド分散というタイプⅡワイル半金属に特有の電子バンドの幾何学や特殊な散乱機構で説明できる可能性が示唆されている。
極性構造に起因した非相反電荷輸送は、これまで、磁場を印加した際に生じる、スピン分裂バンドの特徴的歪みの効果が主な起源として知られているが、本研究で観測された巨大な磁場下非線形ホール効果は、トポロジカル物質における新しい機構の非相反電荷輸送の可能性を示したという点で意義があると考えられる。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2020 2019

すべて 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 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件、 招待講演 8件)

  • [雑誌論文] Nonreciprocal transport in gate-induced polar superconductor SrTiO32020

    • 著者名/発表者名
      Yuki M. Itahashi, Toshiya Ideue, Yu Saito, Sunao Shimizu, Takumi Ouchi, Tsutomu Nojima, Yoshihiro Iwasa
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 6 ページ: eaay9120

    • DOI

      10.1126/sciadv.aay9120

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Enhanced intrinsic photovoltaic effect in tungsten disulfide nanotubes2019

    • 著者名/発表者名
      Y. J. Zhang, T. Ideue, M. Onga, F. Qin, R. Suzuki, A. Zak, R. Tenne, J. H. Smet, and Y. Iwasa
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 570 ページ: 349-353

    • DOI

      10.1038/s41586-019-1303-3

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Pressure-induced topological phase transition in noncentrosymmetric elemental tellurium2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiya Ideue, Motoaki Hirayama, Hiroaki Taiko, Takanari Takahashi, Masayuki Murase, Takashi Miyake, Shuichi Murakami, Takao Sasagawa, Yoshihiro Iwasa
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

      巻: 116 ページ: 25530-25534

    • DOI

      10.1073/pnas.1905524116

    • 査読あり
  • [学会発表] 空間反転対称性の破れたファンデルワールス結晶における非相反伝導2020

    • 著者名/発表者名
      井手上敏也
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 極性半導体および超伝導ナノチューブにおける非相反磁気輸送2020

    • 著者名/発表者名
      井手上敏也
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Nonlinear electric and optical responses in van der Waals nanostructures2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiya Ideue
    • 学会等名
      Superstripes 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nonlinear transport as a probe of electronic states and vortex dynamics in two-dimensional superconductors2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiya Ideue
    • 学会等名
      Lorentz center workshop "The Challenge of 2-Dimensional Superconductivity"
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ファンデルワールストポロジカル半金属における非線形伝導2019

    • 著者名/発表者名
      井手上敏也
    • 学会等名
      第11回トポロジー連携研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 原子層物質における非相反伝導2019

    • 著者名/発表者名
      井手上敏也
    • 学会等名
      第80回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 2次元物質におけるバレー・スピン物性2019

    • 著者名/発表者名
      井手上敏也
    • 学会等名
      2019年日本表面真空学会学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Anomalous photovoltaic effect in nonentrosymmetric van der Waals nanostructures2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiya Ideue
    • 学会等名
      Max Planck-UBC-UTokyo Centre for Quantum Materials 2019 Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nonlinear current responses in van der Waals nanomaterials2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiya Ideue, Yoshihiro Iwasa
    • 学会等名
      RECENT PROGRESS IN GRAPHENE & 2D MATRIALS RESEARCH 2019
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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