強磁場テラヘルツ分光によるビスマス関連物質の電子状態に関する研究

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本研究では、ビスマスおよびBi1-xSbxのトポロジカル絶縁体相(0.07 < x < 0.22)を含む幅広い組成範囲の単結晶試料に関して新たに開発する“反射型”強磁場テラヘルツ分光装置を用いランダウ準位間共鳴光学遷移の測定を行い、バルク状態の電子状態だけでなくトポロジカル表面状態の特徴的な電子状態に関する知見を得ることを目的としている。R4年度には研究実施計画に従い、前年度から引き続き（２）開発された測定装置を用い単結晶ビスマスの“反射型”強磁場テラヘルツ分光によるランダウ準位間光学遷移の測定に取り組み、測定試料の3結晶軸方向に磁場を印可し測定を行った。その結果、それぞれの結晶軸方向において磁場とともにエネルギーシフトする複数のブランチを観測しているが、ランダウ準位の理論計算との比較や光学遷移選択則を考慮することで、Dirac電子的なL点電子由来のもの、およびT点ホール由来のものを同定した。また、プラズマ端に由来するブランチが磁場の印加に伴いブルーシフトし分裂することを初めて観測したが、これはDirac電子とホールで構成される電子-ホールシステムにおける磁場依存性としてよく記述できることがわかった(参照：H. Noto, J. Phys. Soc. Jpn. 36, 1137 (1974).)。更に、上述（１）（２）に加え、R4年度後期には（３）トポロジカル絶縁体相を含む幅広い組成範囲における単結晶Bi1-xSbx試料に関してランダウ準位間光学遷移の測定に着手し、まずはギャップが極小となる単結晶Bi0.95Sb0.05試料に関して測定を開始している。トポロジカル相では表面状態のランダウ準位間遷移観測の可能性があり今後の研究の進展に期待している。