プレスリリース・研究成果

二次元ディラック電子の量子異常を実証 -トポロジカル絶縁体表面での半整数量子ホール効果を観測-

2022/01/28

概要 

 東北大学金属材料研究所の塚﨑敦教授、理化学研究所(理研)創発物性科学研究センター強相関量子伝導研究チームの茂木将孝客員研究員(東京大学大学院工学系研究科博士課程(研究当時))、十倉好紀チームリーダー(東京大学卓越教授/東京大学国際高等研究所東京カレッジ)、川村稔専任研究員、強相関界面研究グループの川﨑雅司グループディレクター(東京大学大学院工学系研究科教授)、強相関理論研究グループの永長直人グループディレクター(東京大学大学院工学系研究科教授)、東京大学大学院工学系研究科の髙橋陽太郎准教授(理研創発物性科学研究センター統合物性科学研究プログラム創発分光学研究ユニット ユニットリーダー)、岡村嘉大助教、森本高裕准教授らの共同研究グループは、トポロジカル絶縁体と磁性トポロジカル絶縁体の積層薄膜において、半整数(1/2)に量子化されたホール伝導度を観測しました。
 本研究成果は、トポロジカル絶縁体表面に存在する単一の二次元ディラック電子に関する量子異常を反映したもので、今後、単一ディラック電子を利用したさらなる基礎物理研究の展開が期待できます。 今回、共同研究グループは、独自に開発したトポロジカル絶縁体「(Bi1-xSbx)2Te3(Bi:ビスマス、Sb:アンチモン、Te:テルル)」と磁性トポロジカル絶縁体「Cr0.24(Bi0.27Sb0.73)1.76Te3(Cr:クロム)」の積層薄膜に対して、テラヘルツ帯の透過光の偏光を測定し、半整数に量子化された磁気光学効果を観測しました。また、電気伝導測定によっても半整数量子化ホール伝導度を観測し、二つの独立した測定手法でこの現象を確かめました。
 本研究は、科学雑誌『Nature Physics』オンライン版(1月27日付:日本時間1月28日)に掲載されました。
 

詳細

 

積層構造(左)と磁性トポロジカル絶縁体表面に生じるパリティ異常