Exploration of Emergent Functional Properties in Topological Semimetals with Strong Magnetic Coupling

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本年度は、磁性半金属を対象としてらせん磁性の電流制御に取り組んだ。具体的には、単結晶試料に対して集束イオンビーム(FIB)による微細加工を施し、高密度電流の印加が可能なデバイスを作製した。作製したデバイスにおいて電流・磁場を印加することでヘリシティ(らせんの巻き方)の制御を試み、そのようすを非相反電気抵抗率の測定により検出した。加工方法は以下複数のアプローチを行った。１．TEM観察試料の作製で用いられる手法である「バルクピックアップ法」に倣い、対象のバルク試料からマイクロメートルスケールのブロックを切り出してSi基板上に配置後、電極を作製し、ホールバーの形状に整形した。２．事前に電極付けを行ったバルク試料に対してFIBによる大面積加工を行い、ホールバーの形状に整形した。バルクピックアップ法に倣ったアプローチでは良好なオーミック電極が得られず、電気抵抗率測定が困難であることがわかった。原因としては、今回の対象材料が一般の金属と比較してキャリア密度の小さい半金属であることから、加工に伴う試料表面のダメージやキャリアドープの影響を顕著に受けやすいことが考えられる。また、経験的に層状物質は加工ダメージを受けやすい可能性もあり、これも今回の対象材料では一因と考えられる。対応策として、スポット溶接やスパッタ蒸着などの方法で事前に電極を作製したバルク試料に対して加工を行ったところ、上述の問題は大きく改善し、当初の研究目的に据えたヘリシティの電気的制御の兆候を観測するに至った。ダメージに特に敏感な電極/試料界面のFIB加工を回避したことが功を奏したと考えられる。