強いスピン軌道相互作用を有する強相関トポロジカル電子相における量子物性の開拓

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本研究では、トポロジカル絶縁体と超伝導体の接合系における新奇な電荷輸送現象の開拓とその機構解明を目的としている。前年度までに、トポロジカル絶縁体Bi2Te3と超伝導体PdTe2から成る薄膜積層構造の作製技術を確立した。Bi2Te3/PdTe2のようなトポロジカル絶縁体と超伝導体の接合系では、接合界面に超伝導近接効果によるトポロジカル超伝導が生じると期待されている。本研究では、この接合界面において空間反転対称性が破れていることに着目し、系の空間反転対称性の破れを敏感に捉える実験手法である非相反輸送測定を行った。実験の結果、Bi2Te3/PdTe2 接合系において面内磁場印加により明瞭な非相反信号を観測し、その温度依存性が理論的に期待される振る舞いと整合することを明らかにした。さらに、磁場を面直方向にわずかに傾けると非相反信号が符号反転を示すことを発見し、解析によりこの符号反転が磁場の面直成分の増加に伴う磁束の種類のクロスオーバーに対応して生じていることを解明した。これらの結果はBi2Te3/PdTe2接合系において近接効果が作用し、空間反転対称性の破れた超伝導の実現を示しており、界面におけるトポロジカル超伝導の発現を示唆している。本成果は、トポロジカル絶縁体/超伝導体接合系におけるトポロジカル超伝導およびマヨラナフェルミオンの実証に向けた基盤となるものであり、デバイス加工技術の適用によりさらに高度かつ精密な実験への発展が期待される。