Pb系トポロジカル絶縁体のバルク絶縁体化と転位伝導

铅基拓扑绝缘体的体绝缘和位错传导

• 批准号: 22H01765
• 负责人: 枝川 圭一
• 金额: $ 11.15万
• 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: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01765/
• 关键词: トポロジカル絶縁体; 転位; 電気伝導; バルク絶縁体化

トポロジカル絶縁体(TI)の転位伝導や表面伝導の研究に不可欠なバルク絶縁性向上において以下の成果が得られた。表面だけでなく結晶内部の一次元欠陥（転位）においても特殊な伝導状態が発現し得るトポロジカル指数をもつPb-(Bi,Sb)-Te系TIを対象とした。Pb-(Bi,Sb)-Te系については、これまでにBi/Sb比の調整によりバルク絶縁性を向上させ、温度2Kで最大180mΩcm程度の電気抵抗率の試料が得られていた。本年度は、PbTeなどの合金系でバルク絶縁性の向上が報告されているInをドーパントとして選択し、InドーピングによるPb-(Bi,Sb)-Teのさらなるバルク絶縁性の向上を目指した。モル比がPb:In:Bi:Sb:Te=(1-x):x:(0.21×2):(0.79×2):4となるように各元素を秤量し、ブリッジマン法で結晶育成を行った。Sb分率はノンドープ試料で最大の電気抵抗率が得られた0.79に固定し、Inドープ量はx=0.01,0.02,0.04の3通りとした。得られた結晶について粉末XRD測定を行った結果、Inドープ量の増加にしたがって格子定数が減少しており、ドープしたInが析出することなく結晶中に取り込まれていることがわかった。ブリッジマン法で作製した試料は同一仕込み組成、同一ロッド内でも組成の変調、変動があるため、電気抵抗の温度依存性は場所によってばらつきがあるが、その中でも、x=0.02のInドープ試料で2Kにおける電気抵抗率が最大で1Ωcmに達した。これはノンドープPb-(Bi,Sb)-Teと比較し、5倍以上の値である。本成果は、従来表面伝導の研究がされてきたBi-Sb-Te-Se系以外のTIの表面・転位伝導の研究の発展に寄与するものである。

The following results have been obtained from the study of the position and surface transmission of the dielectric material (TI). A special conduction state is found in the surface of the crystal. The index of Pb-(Bi,Sb)-Te system TI corresponds to it. Pb-(Bi,Sb)-Te system is suitable for the adjustment of Bi/Sb ratio. The electrical resistivity of the sample is up to 180mΩcm at 2 K. This year, PbTe alloy systems have been reported to have improved insulation properties. In addition, Pb-(Bi,Sb)-Te alloys have been reported to have improved insulation properties. Ratio Pb:In:Bi:Sb:Te=(1-x):x:(0.21×2):(0.79×2):4 Sb component ratio The maximum electrical resistivity of the sample was 0.79%. In the sample, x= 0.01, 0.02, 0.04%. Results of XRD determination of crystalline powder show that the amount of In increases and the lattice number decreases. The temperature dependence of the electrical resistance of the sample at 2K with x=0.02 is up to 1Ωcm. Pb-(Bi,Sb)-Te is more than 5 times higher than Pb-(Bi,Sb)-Te. This work is aimed at the development of research on the surface conductivity of Ti other than Bi-Sb-Te-Se system.