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Elucidation of interface magnetism in topological insulator/ferromagnetic material and development for high-temperature quantum anomalous Hall effect

拓扑绝缘体/铁磁材料界面磁性的阐明和高温量子反常霍尔效应的发展

基本信息

批准号：
20H02616
负责人：
秋山了太
金额：
$ 11.81万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では強磁性をトポロジカル絶縁体表面に導入して起こる様々な効果を観測することが狙いである。特に試料端に量子異常ホール効果によってカイラルエッジ状態が誘起されたり、表面に強磁性渦のスキルミオンが誘起されることが期待できるため、そのような新奇状態について調べていきたい。意義としては、前者はエネルギー無散逸スピン偏極伝導となるため、低消費電力スピンデバイスへの応用が期待でき、後者はトポロジカルにnontrivialであることが期待されるため、外乱に頑丈なスキルミオンメモリなどが期待できる。また、強磁性とトポロジカル状態の組み合わせは、物理現象としても解明すべきことが多く基礎学理構築上も重要である。そして更に発展形として、本研究ではトポロジカル結晶絶縁体を用いた量子異常ホール効果の観測も重要な目的としている。本研究でベースとする物質の一つが、真性自己形成強磁性トポロジカル絶縁体(FMTI)であるMn(Bi,Sb)2Te4であり、これはBiとSbの組成比xを調整することでフェルミ準位が制御可能なFMTIである。これまでの実績としてスキルミオンの観測が挙げられるが、その後に続く研究としては、Mn(Bi,Sb)2Te4のSb組成比を変化させたときの、強磁性特性の調査が挙げられる。これはより高温で量子異常ホール効果を実現する上でも重要な知見である。実験結果によるとSb組成比を増やすとキュリー温度が上昇し、格子定数は小さくなることが分かった。バルク結晶のMn(Bi,Sb)2Te4においては面間（c軸方向）の反強磁性秩序が生じやすく、また面内は直接交換相互作用由来と思われる強磁性相互作用が働いていると言われているが、薄膜試料の我々の結果はそれとは整合せず、RKKY相互作用由来である可能性を示唆している。そうであるとすると、キャリア密度依存も期待でき物性の制御も視野に入れられる。

In this study, we introduced a new type of ferromagnetic material to the surface of the dielectric material. In particular, the sample end of the quantum anomaly results in a state of ferromagnetic vortex induction, surface induction, and expectation, and a novel state. The meaning of the former is that there is no dissipation, the polarization of the former is not expected, and the consumption of the latter is expected. The combination of ferromagnetism and ferromagnetism is important for the theoretical construction of many physical phenomena. In this study, quantum anomalies are used to detect the important effects of crystal insulators. In this study, we found that the composition ratio of Mn(Bi,Sb)2Te4 and Bi to Sb can be adjusted by adjusting the composition ratio x of Mn(Bi,Sb)2Te4. The results of this study include the investigation of ferromagnetic properties of Mn (Bi, Sb)2Te4 and the change of composition ratio of Mn(Bi,Sb)2Te4. This is the first time we've seen this. As a result, the temperature of the mixture increases, and the temperature of the mixture decreases. The antiferromagnetic order of Mn(Bi,Sb) 2Te 4 crystals in the opposite plane (c-axis direction) is generated, and the origin of direct exchange interaction in the plane is considered. The results show the possibility of antiferromagnetic interaction in the opposite plane and the origin of RKKY interaction. For example, if you want to control the field of vision, you can control the field of vision by looking forward to it.

项目成果

期刊论文数量（35）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Induced effects by introducing ferromagnetism into topological insulators

将铁磁性引入拓扑绝缘体中产生的感应效应

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hosokawa Shinya;Happo Naohisa;Matsushita Tomohiro;Stellhorn Jens R?diger;Kimura Koji;Hayashi Kouichi;Ryota Akiyama
通讯作者：
Ryota Akiyama

Spin-glass-like state induced by Mn-doping into a moderate gap layered semiconductor SnSe2