Exploring higher-order topological states in van-der-Waals 2D materials

本課題「原子層物質における高次トポロジカル現象の解明と制御」では、トポロジカルに非自明なバンド構造を有する原子層遷移金属ダイカルコゲナイド、MoTe2及びWTe2に着目し、3次元バルク結晶において1次元の弾道的端状態(ヒンジ状態)が生成される「高次トポロジカル状態」を電気伝導現象を通じて観測することを最終目標としている。具体的な測定方法としては、超伝導臨界電流の磁場依存性におけるヒンジ状態由来の短周期フラウンホーファー振動の観測、また素子端と素子内部の電流揺らぎ測定の比較によるヒンジ状態の弾丸的伝導状態の証明を目指す。加えて、空間反転対称性を持たない結晶構造に由来する非相反電気伝導現象、及び誘電分極と超伝導の結合による超伝導の電気的制御に関する研究も実施する。令和4年度は令和3年度に引き続き超伝導トポロジカル物質MoTe2の常伝導状態並びに超伝導状態における基礎物性の評価と超伝導特性の膜厚依存性の評価、また非相反電気伝導の観測を行った。加えて、2原子層のMoTe2において超伝導特性のゲート電圧による変調を試みた。また、本研究の最終目標であるヒンジ状態を電流揺らぎ測定を用いて同定するため、前年度に開発した原子層物質を用いた電流揺らぎ測定のためのセットアップを希釈冷凍機に実装し、薄膜化したWTe2を用いて低温にて電流揺らぎ測定を実施した。この素子には2原子層と極めて薄い六角窒化ホウ素を絶縁層としたトンネル電極を接合し、電極の素子端からの接合距離を変化させることにより、電流揺らぎの接合距離依存性の評価を試みた。この結果、電子が絶縁層を相関なくトンネリングすることで生じるショットノイズを測定することに成功した。一方、当初予想していた接合距離と電流揺らぎの相関は明らかではなかった。また、WTe2自体からも拡散的な伝導をする金属と同様と見られる電流揺らぎを生じることが判明した。

本課題「原子層物質における高次トポロジカル現象の解明と制御」では、トポロジカルに非自明なバンド構造を有する原子層遷移金属ダイカルコゲナイド、MoTe2及びWTe2に着目し、3次元バルク結晶において1次元の弾道的端状態(ヒンジ状態)が生成される「高次トポロジカル状態」を電気伝導現象を通じて観測することを最終目標としている。具体的な測定方法としては、超伝導臨界電流の磁場依存性におけるヒンジ状態由来の短周期フラウンホーファー振動の観測、また素子端と素子内部の電流揺らぎ測定の比較によるヒンジ状態の弾丸的伝導状態の証明を目指す。加えて、空間反転対称性を持たない結晶構造に由来する非相反電気伝導現象、及び誘電分極と超伝導の結合による超伝導の電気的制御に関する研究も実施する。令和4年度は令和3年度に引き続き超伝導トポロジカル物質MoTe2の常伝導状態並びに超伝導状態における基礎物性の評価と超伝導特性の膜厚依存性の評価、また非相反電気伝導の観測を行った。加えて、2原子層のMoTe2において超伝導特性のゲート電圧による変調を試みた。また、本研究の最終目標であるヒンジ状態を電流揺らぎ測定を用いて同定するため、前年度に開発した原子層物質を用いた電流揺らぎ測定のためのセットアップを希釈冷凍機に実装し、薄膜化したWTe2を用いて低温にて電流揺らぎ測定を実施した。この素子には2原子層と極めて薄い六角窒化ホウ素を絶縁層としたトンネル電極を接合し、電極の素子端からの接合距離を変化させることにより、電流揺らぎの接合距離依存性の評価を試みた。この結果、電子が絶縁層を相関なくトンネリングすることで生じるショットノイズを測定することに成功した。一方、当初予想していた接合距離と電流揺らぎの相関は明らかではなかった。また、WTe2自体からも拡散的な伝導をする金属と同様と見られる電流揺らぎを生じることが判明した。