2015 Fiscal Year Annual Research Report
トポロジカル絶縁体薄膜・接合界面の合成とスピン偏極量子輸送現象
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13J07556
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉見 龍太郎 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | トポロジカル絶縁体 / 薄膜 / 量子ホール効果 / 二次元電子系 / ディラック状態 / 積層構造 / 分子線エピタキシー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
[1]磁性/非磁性トポロジカル絶縁体の積層構造
トポロジカル絶縁体薄膜の表面二次元ディラック状態は、時間反転対称性を破ることで量子ホール状態を発現することが知られている。しかしながら、トポロジカル絶縁体における量子ホール効果、量子異常ホール効果の発現温度は数十mKと極低温に限られており、高温化が課題である。申請者は、(Bi,Sb)2Te3、Cr(Bi,Sb)2Te3の非磁性・磁性二層構造にし、正常ホール抵抗・異常ホール抵抗の和を最大化するように最適化を行うことで、量子ホール状態が単膜の量子ホール効果・量子異常ホール効果よりも10倍程度高温で観測されることを見出した。さらに本年度は積層構造の研究を進め、(Bi,Sb)2Te3、Cr(Bi,Sb)2Te3を五層膜とすることで、この高温量子ホール効果をゼロ磁場でも発現させることに成功した。
[2]異常量子ホール状態における磁壁伝導の観測
量子異常ホール効果は強磁性秩序によって時間反転対称性の破れたトポロジカル絶縁体において発現する。二次元系の端（エッジ）には一次元的伝導状態（カイラルエッジ状態）が生まれる。このカイラルエッジ状態の向きは強磁性状態のスピン配向に依存するため、強磁性トポロジカル絶縁体においては磁区と磁区の境界である磁壁にはかならずカイラルエッジ状態が存在する。これまで、量子異常ホール効果は確認されてきたが、磁壁におけるカイラルエッジ状態の存在の明瞭な報告例ない。 申請者は磁性トポロジカル絶縁体Cr(Bi,Sb)2Te3において、素子の一部をエッチングし保磁力を変調する手法を開発した。その結果、予めパターンした場所において任意に磁壁を生成できるようになった。更に抵抗測定をおこなったところ、磁壁を挟む二箇所の抵抗が場所によって異なることを見出し、エッジ伝導の存在を示唆する結果を得た。
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| Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(15 results)
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[Presentation] Quantum Hall Effect in 3D topological insulator (Bi1-xSbx)2Te32015
Author(s)
R. Yoshimi, A. Tsukazaki, M. Mogi, K. Yasuda, Y. Kozuka, J. Falson, J. G. Checkelsky, K. S. Takahashi, N. Nagaosa, M. Kawasaki and Y. Tokura
Organizer
International Symposium on Nanoscale Transport and Technology
Place of Presentation
NTT, Atsugi, Kanagawa
Year and Date
2015-11-18 – 2015-11-18
Int'l Joint Research
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[Presentation] 3次元トポロジカル絶縁体薄膜における量子ホール効果2015
Author(s)
吉見龍太郎, 塚崎敦, 安田憲司, 茂木将孝, 小塚裕介, J. Falson, J. G. Checkelsky, 高橋圭, 永長直人, 川崎雅司, 十倉好紀
Organizer
日本物理学会2015年秋季大会
Place of Presentation
関西大学, 大阪府, 吹田市
Year and Date
2015-09-17 – 2015-09-17
Invited
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[Presentation] Quantum Hall Effects on surface Dirac states of 3D topological insulator thin film (Bi1-xSbx)2Te32015
Author(s)
Ryutaro Yoshim, A. Tsukazaki, M. Mogi, K. Yasuda, Y. Kozuka, J. Falson, J. G. Checkelsky, K. S. Takahashi, N. Nagaosa, M. Kawasaki, and Y. Tokura
Organizer
Physics of Interfaces and Layered Structures
Place of Presentation
Nordita South, Stockholm, Sweden
Year and Date
2015-09-04 – 2015-09-04
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Quantum transport of surface Dirac states in 3D topological insulator thin film (Bi1-xSbx)2Te32015
Author(s)
Ryutaro Yoshim, A. Tsukazaki, M. Mogi, K. Yasuda, Y. Kozuka, J. Falson, J. G. Checkelsky, K. S. Takahashi, N. Nagaosa, M. Kawasaki, and Y. Tokura
Organizer
EMN Qingdao meeting
Place of Presentation
Qingdao, China
Year and Date
2015-06-16 – 2015-06-16
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Quantum transport phenomena in 3D topological insulator thin films2015
Author(s)
Ryutaro Yoshim, A. Tsukazaki, M. Mogi, K. Yasuda, Y. Kozuka, J. Falson, J. G. Checkelsky, K. S. Takahashi, N. Nagaosa, M. Kawasaki, and Y. Tokura
Organizer
New Perspectives in Spintronic and Mesoscopic Physics
Place of Presentation
ISSP, Kashiwa, Chiba, Japan
Year and Date
2015-06-03 – 2015-06-03
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Top-gated 3D-TI devices for the observation of quantized Hall effects2015
Author(s)
Ryutaro Yoshim, A. Tsukazaki, M. Mogi, K. Yasuda, Y. Kozuka, J. Falson, J. G. Checkelsky, K. S. Takahashi, N. Nagaosa, M. Kawasaki, and Y. Tokura
Organizer
WorkShop on "Topological Magnets
Place of Presentation
RIKEN, Wako, Japan
Year and Date
2015-05-27 – 2015-05-27
Int'l Joint Research / Invited
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[Patent(Industrial Property Rights)] 電子デバイス、トポロジカル絶縁体、トポロジカル絶縁体の製造方法およびメモリ装置2015
Inventor(s)
吉見龍太郎,茂木将孝,永長直人,川崎雅司,十倉好紀,小椎八重航
Industrial Property Rights Holder
吉見龍太郎,茂木将孝,永長直人,川崎雅司,十倉好紀,小椎八重航
Industrial Property Rights Type
特許
Industrial Property Number
2015-160198
Filing Date
2015-08-14
