2021 Fiscal Year Annual Research Report
トポロジカル結晶絶縁体における電流-スピン流変換現象の評価と磁化反転応用
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21J23063
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
西嶋 泰樹 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | トポロジカル結晶絶縁体 / 非線形planarホール効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
トポロジカル結晶絶縁体(Pb,Sn)Teではバルクと表面の性質の異なる伝導状態が電流スピン流変換に寄与しており、これらを切り分けた電気伝導特性の評価が必要とされる。そこでトポロジカル絶縁体の表面状態に起因する効果である非線形planarホール効果の測定を行った。非線形planarホール効果はトポロジカル絶縁体の表面状態と面内磁場による時間反転対称性の破れに起因する現象であり、これを観測することで表面状態を電気的に検出する。ホールバー状に加工した試料で非線形planarホール効果を測定したところ、先行研究と一致する応答を確認した。一方で、外部磁場に依存しない信号も検出されており、異なる効果の寄与も示された。先行研究では表面状態の電子ホール対称性の破れやフェルミサークルの歪みが非線形planarホール効果に寄与していると報告されているが、これは他の先行研究で報告されている (Pb,Sn)Teの表面状態の特徴と一致している。したがって、本研究では(Pb,Sn)Teの表面状態に起因する輸送現象を示唆する結果を得た。
スピン偏極状態を検出するための光学実験系の設計及び構築作業を行った。構築した光学実験系において、一般的なスピン流電流変換材料であるPtでの電子のスピン蓄積と入射光の偏光状態に依存する信号の検出に成功しており、(Pb,Sn)Teのスピン偏極状態の光起電力を用いた検出に向けて着実に実験を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
昨年度は光学実験系の設計と構築を行った。これまでにPtにおいてスピン偏極状態に基づく光起電力の測定に成功した。トポロジカル結晶絶縁体(Pb,Sn)Teの表面状態のスピン偏極状態の検出には至っていないが、入射光の偏光状態に依存した光電流は検出されており、表面状態のスピン偏極状態の検出に向けた実験が順調に進展していると言える。
さらに、近年注目され始めた、トポロジカル物質における非線形輸送現象を介した表面状態に基づく信号を検出しており、当初の計画にはなかった新たな評価手法による表面状態の評価に成功している。このことから、当初の計画以上に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の実験では非線形輸送現象を介したトポロジカル結晶絶縁体表面の電気伝導特性の評価に成功した。今後は測定された信号の起源をより詳細に評価することで、表面状態の特性のさらなる理解を目指す。
また、構築した光学実験系を用いて、バルクと表面状態を切り分けたスピン流電流変換現象の観測を目指す。具体的には、赤外と可視光の入射光を使い分けることで励起光のエネルギーの違いによる評価や、入射光の角度依存性の評価を行う。
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