2023 Fiscal Year Annual Research Report
高キュリー/ネール温度の原子層磁性体の開拓と量子異常ホール効果の高温化
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22H00293
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平原 徹 東京工業大学, 理学院, 教授 (30451818)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋山 了太 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40633962)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 物性実験 / 原子層物質 / 磁性トポロジカル絶縁体ヘテロ構造 / ホール効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず前年度から取り組んできたVBi2Se4/Bi2Se3およびVBi2Te4/Bi2Te3磁性トポロジカル絶縁体ヘテロ構造の作製を目指したが、残念ながらVはMnと違ってBi2Se3およびBi2Te3の内部にはインターカレートできないことが分かった。よって理論で予言されているヘテロ構造の作製は難しいと結論づけた。理論計算はあくまで試料形成後の再安定構造について議論しているが、実験ではその作製過程まで気を配る必要があり、Vの場合はトポロジカル絶縁体の内部にインターカレートするよりも表面上にVSe2およびVTe2を形成するのがよりエネルギーを低くすることができるということである。
そこで本研究のもう一つの目的である、in situでの磁化特製評価手法の開発に本格的に取り組んだ。まず既存のin situ輸送測定装置用にバイポーラー電源を購入し、PC制御できるようにして高速で±0.5Tの範囲内での磁場掃引を可能にした。そしてMnBi2Te4/Bi2Te3/Si基板に対してホール効果を測定したところ、磁化を反映した異常ホール効果が15Kより低温で観測され、この系のキュリー温度が15 Kであることが分かった。これはこの系に対してX線内殻磁気円二色性(XMCD)測定では6 Kに冷やしても明確に強磁性のシグナルが観測できなかったことを考えると、in situ測定だからこそ分かった事実と言える。興味深いことにSi基板とBi2Te3の間にBi原子を一層挿入することで9 K以下でBiがない場合と異なる異常ホール効果のデータが測定され、磁化以外の起源による異常ホール効果が存在することが分かった。現在この起源を同定するために、理論家と議論を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新物質の開拓は難しいことがわかったが、in situでの磁化特製の評価が順調にできたのでこのように評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、MnBi2Te4/Bi2Te3/Si基板でSi基板とBi2Te3の間にBiを原子一層挿入した場合に観測された、磁化以外を起源とする異常ホール効果に関して、そのメカニズムを解明したいと考えている。さらにBiをMnBi2Te4の上に蒸着した場合などでも同様の効果が検出できるかなど、in situでのホール効果測定によってこれまで議論されてこなかった表面界面における異常ホール効果に関して新奇な現象を理論・実験両面から解明していく。
さらに昨年度、スペインの放射光施設ALBAでのpreliminaryなXMCD測定によって様々な方向に外部磁場を印加して、微弱な残留磁化のシグナルを精度よく測定できることが分かった。そこで今年度はMnBi2Se4/Bi2Se3/Siに関して、そのキュリー温度および容易化軸を精度良く測定し、そのバンド構造との対応を再検討する予定である。具体的にはこれまで実験・理論ともに面直磁化が容易化軸であると考えてきたが、これが本当であるか否かを高分解能測定によって明らかにしたい。
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[Presentation] Two-dimensional superconductivity in α-Sn(111)/ SnTe(111) heterostructures2023
Author(s)
Yuxiao Guo, Ryota Akiyama, Takako Konoike, Satoru Ichinokura, Yuya Hattori, Takuya Takashiro, Rei Hobara, Taichi Terashima, Toru Hirahara, Shinya Uji, Shuji Hasegawa
Organizer
JVSS 2023(日本表面真空学会学術講演会)
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[Presentation] SiC基板上のCaインターカレートグラフェンが示す2次元超伝導：グラフェンと基板の界面に注目して2023
Author(s)
遠山晴子, 秋山了太, 一ノ倉聖, 橋爪瑞葵, 飯森拓嗣, 遠藤由大, 保原麗, 松井朋裕, 堀井健太郎, 佐藤瞬亮, 平原徹, 小森文夫, 長谷川修司
Organizer
2023年日本物理学会年次大会
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