三次元磁性トポロジカル絶縁体による空間的表面状態制御

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本研究では磁性トポロジカル絶縁体を使った物性制御を試みている。今期ではFe-BiSbTe2Se (Fe-BSTS)を微細加工して輸送特性を評価と、新たなる磁性ドープトポロジカル絶縁体の探索を行った。昨年度にFe-BSTSが磁性トポロジカル絶縁体として有望であることを報告してきた。今回はこの物質の微小結晶デバイス（電極間間隔は数μm程度）を作製して輸送特性の評価を行った。バルク結晶で確立してきたイオン液体を使った表面化学ポテンシャル制御と、今回はさらに、結晶の基板側にも固体ゲートを使用して下側の表面化学ポテンシャル制御も試みた。Fe-BSTSは微小薄片化したことで表面からの寄与率が支配的になり、高磁場で抵抗が振動する現象を観測した。当初、これはフェルミ面の大きさを反映したShubnikov de Haas(SdH)振動かと思われたが、磁場の逆数1/Bではなく磁場Bに対して周期的であることと、ゲート依存性に乏しいことから、別の量子振動である可能性を検討している。対比実験として非磁性トポロジカル絶縁体Sn-BiSbTe2S (Sn-BSTS)を使用して同様の実験を行ったところ、こちらでは量子ホール効果や通常のゲート依存性をもつSdH振動と思われる磁場中の抵抗変化を観測した。このことからFe-BSTSでの磁気振動は別の磁気振動現象である可能性が高く、その一つの候補として普遍的ゆらぎ(UCF)が挙げられる。これは電極間での複数の干渉パスが存在することで生じる現象で、非磁性トポロジカル絶縁体においては観測例がある。一方でこの現象は磁性が存在する状況では出現しにくいことが知られていることから、今後さらにこの振動の起源について詳細に調べる必要がある。そのため、より磁化が大きい磁性トポロジカル絶縁体の開発のためにも今期ではさらに新たな候補物質の探索を結晶の作製方法から見直して試みた。