プレスリリース・研究成果

トポロジカル絶縁体の表面金属状態の絶縁化 -特殊な電気磁気効果観測のための物質基盤を確立-

 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物性研究グループの茂木将孝研修生(東京大学大学院工学系研究科大学院生)、十倉好紀グループディレクター(同教授)、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(同教授)、強相関量子伝導研究チームの川村稔専任研究員、産業技術総合研究所の白川直樹研究チーム長らの共同研究グループは、磁性層と非磁性層を交互に積み重ねた「トポロジカル絶縁体」積層薄膜を作製することで、特殊な「電気磁気効果」の発現が期待される新しい量子状態を実現しました。

 今回、共同研究グループは独自に開発した「磁気変調ドーピング」という手法で、トポロジカル絶縁体「(Bi1-ySby)2Te3(Bi:ビスマス、Sb:アンチモン、Te:テルル)」と、それに磁性元素Cr(クロム)を添加した磁性トポロジカル絶縁体「Crx(Bi1-ySby)2-xTe3」を用いて、磁性/非磁性/磁性の三層に積層した薄膜を作製しました。この薄膜を調べたところ、二つの磁性層の磁化が反平行になる状態ができ、表面が絶縁化していました。この結果は、理論的に予測されている特殊な電気磁気効果発現の条件であり、電気磁気効果観測のための物質基盤を確立したことになります。
 今後、作製した積層構造の薄膜を用いて特殊な電気磁気効果を直接観測できると考えられます。また、今回の積層技術の開発によって可能になった新しい量子状態はトポロジカル絶縁体の理解をより深め、さらにスピントロニクスや量子コンピューティングへの応用に役立つと期待できます。

 本成果は、英国の科学雑誌『Nature Materials』に掲載されるのに先立ち、オンライン版(2月13日付け:日本時間2月14日)に掲載されました。

 

 詳細1: プレスリリース本文 [PDF:556KB]

 詳細2: Nature Materials ウェブサイト [DOI:10.1038/nmat4855]

 

トポロジカル絶縁体積層薄膜における量子異常ホール効果と電気磁気効果の概念図

トポロジカル絶縁体積層薄膜における量子異常ホール効果と電気磁気効果の概念図