磁性トポロジカル絶縁体薄膜における新規量子輸送現象の探索

本研究ではトポロジカル絶縁体Bi2Te3薄膜を基にした超格子を作製し、磁化ダイナミクスに起因した創発インダクション効果や、超格子構造における磁気構造を緻密に制御することで現れるアクシオン絶縁体状態において理論的に提案されている電気磁気効果の観測を目指している。当該年度ではこれらに加えて、Se元素を含む分子線エピタキシャル蒸着装置を新たに立ち上げ、（１）トポロジカル超伝導体Fe(Se,Te)の薄膜作製と（２）トポロジカル絶縁体薄膜との接合系Bi2Te3/Fe(Se,Te)の作製に取り組んだ。（１）ではMBE法によるFe(Se,Te)薄膜の成長条件と、超伝導特性に与える影響を系統的に調べた。その結果Se, Teの各元素フラックスの仕込み値を制御することで膜中の化学組成を全域にわたって制御可能であることが分かった。またパルス強磁場を含む上部臨界磁場の測定から、膜中にTeを増やすとパウリ対破壊効果がどの磁場印加方向においても支配的になることが分かった。このことはこの系においてボーズアインシュタイン凝縮の特徴が極めて強く現れた超伝導状態が実現している可能性がある。（２）では最適条件で成長させたFe(Se,Te)薄膜の上にBi2Te3を積層したヘテロ構造の作製に成功した。このような界面ではトポロジカル絶縁体の表面状態が超伝導近接効果によって2次元トポロジカル超伝導を発現していると考えられる。このような界面では強い空間反転対称性の破れに起因した非相反輸送特性が現れることが知られている。Fe(Se,Te)薄膜の膜厚を制御して非相反特性を評価したところ、膜厚が薄くなるにつれて超伝導の2次元性が強くなり、それに伴い非相反性が増大する様子が観測された。

本研究ではトポロジカル絶縁体Bi2Te3薄膜を基にした超格子を作製し、磁化ダイナミクスに起因した創発インダクション効果や、超格子構造における磁気構造を緻密に制御することで現れるアクシオン絶縁体状態において理論的に提案されている電気磁気効果の観測を目指している。当該年度ではこれらに加えて、Se元素を含む分子線エピタキシャル蒸着装置を新たに立ち上げ、（１）トポロジカル超伝導体Fe(Se,Te)の薄膜作製と（２）トポロジカル絶縁体薄膜との接合系Bi2Te3/Fe(Se,Te)の作製に取り組んだ。（１）ではMBE法によるFe(Se,Te)薄膜の成長条件と、超伝導特性に与える影響を系統的に調べた。その結果Se, Teの各元素フラックスの仕込み値を制御することで膜中の化学組成を全域にわたって制御可能であることが分かった。またパルス強磁場を含む上部臨界磁場の測定から、膜中にTeを増やすとパウリ対破壊効果がどの磁場印加方向においても支配的になることが分かった。このことはこの系においてボーズアインシュタイン凝縮の特徴が極めて強く現れた超伝導状態が実現している可能性がある。（２）では最適条件で成長させたFe(Se,Te)薄膜の上にBi2Te3を積層したヘテロ構造の作製に成功した。このような界面ではトポロジカル絶縁体の表面状態が超伝導近接効果によって2次元トポロジカル超伝導を発現していると考えられる。このような界面では強い空間反転対称性の破れに起因した非相反輸送特性が現れることが知られている。Fe(Se,Te)薄膜の膜厚を制御して非相反特性を評価したところ、膜厚が薄くなるにつれて超伝導の2次元性が強くなり、それに伴い非相反性が増大する様子が観測された。