磁性トポロジカル半金属の薄膜・ヘテロ構造を用いた量子輸送現象の解明と新奇相開拓

利用磁性拓扑半金属薄膜和异质结构阐明量子输运现象并开发新相

基本信息

批准号：
22KJ0889
负责人：
大野瑞貴
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

当初の計画通りに、磁性ワイル半金属における巨大な異常ホール伝導度の起源を明らかにすることに成功した。磁性ワイル半金属は、三次元のバルク状態が波数空間でギャップレスな線形分散を持ち、磁気モノポールとも見なせるワイル点に由来した巨大な異常ホール効果が期待できる。磁性ワイル半金属EuCd2Sb2薄膜を分子線エピタキシー(MBE)法を用いて作製し、Sbの蒸気圧制御によってキャリア密度を変調した。その結果、異常ホール伝導度のピークを観測し、第一原理計算の結果と比較することで、フェルミ準位のワイル点通過に伴うピークであることを明らかにした。その後、MBE装置の移設に伴って研究計画を変更し、パルスレーザー堆積法を用いた準安定相の安定化とそれらのヘテロ構造化に取り組んだ。蛍石構造のYSZ基板上にBinOn(n=2,3)層とRhO2層が交互に積層した新物質[BinOn]-[RhO2](n=2,3)を安定化させることに成功し、BinOn層の層数に依存した金属的な輸送特性を観測した。また、YSZ基板上にパイロクロア型酸化物Eu2Ti2O7をバッファー層として導入することで、電気伝導性パイロクロア型酸化物Bi2Rh2O7という準安定相の安定化に成功した。この結果は、界面制御が相安定時にもたらす強い影響を示しており、薄膜技術を用いたパイロクロア型酸化物のさらなる物性・材料開拓につながると期待される。さらに、Bi2Rh2O7とスピンアイスという特異な磁気構造を有するDy2Ti2O7とのヘテロ構造を作製することで、絶縁体のDy2Ti2O7のスピン構造や磁気転移を金属のBi2Rh2O7におけるトポロジカルホール効果として電気的に検出することに成功した。これは、絶縁体であるためこれまで電子素子応用に至っていなかった磁性絶縁体のエレクトロニクス応用に向けた大きな発見である。

按照原计划，我们成功阐明了磁性半学中巨大异常孔电导率的起源。磁威尔半法在波数空间中具有无间隙的线性色散，并且可以预期具有从Weil点得出的巨大异常大厅效应，也可以将其视为磁性单极。使用分子束外延（MBE）方法制造了磁性Weil半金属EUCD2SB2薄膜，并通过控制SB的蒸气压来调节载体密度。结果，观察到异常孔电导率的峰值，并将其与第一原理计算的结果进行了比较，表明这是一个峰伴随着Fermi水平的Weil点。之后，随着MBE设备的迁移，研究计划发生了更改，并使用脉冲激光沉积进行了亚稳态和异质结构的稳定。我们已经成功稳定了一种新材料[Binon] - [Rho2]（n = 2,3），其中Binon（n = 2,3）和Rho2层交替地在氟结构的YSZ底物上分层，并观察到的金属运输特性依赖于BINON层的层数。此外，通过引入pyrochrole型氧化物EU2TI2O7作为缓冲层在YSZ底物上，可以成功稳定。该结果表明，当相位稳定性发生时，界面控制的效果很强，预计将通过薄膜技术进一步开发pyrochrole氧化物的物理性质和材料。此外，通过在BI2RH2O7和DY2TI2O7之间制造异质结构，该异质结构具有独特的磁性结构，称为Spin Ice，我们成功地将绝缘子DY2TI2O7的自旋结构和磁性转变作为Metal Bi2RH2O7中的拓扑结构效应。这是磁绝缘子的电子应用的主要发现，磁绝缘子迄今为止尚未应用于电子设备，因为它们是绝缘子。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Maximizing intrinsic anomalous Hall effect by controlling the Fermi level in simple Weyl semimetal films

DOI：
10.1103/physrevb.105.l201101
发表时间：
2022-04
期刊：
Physical Review B
影响因子：
3.7
作者：
M. Ohno;S. Minami;Y. Nakazawa;Shin Sato;M. Kriener;R. Arita;M. Kawasaki;M. Uchida
通讯作者：
M. Ohno;S. Minami;Y. Nakazawa;Shin Sato;M. Kriener;R. Arita;M. Kawasaki;M. Uchida

Metallic Bi-Rh-O thin films with p-type conduction

p型导电金属Bi-Rh-O薄膜