Interfacial quantum transport phenomena in heterostructures of topological insulators

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本研究では、分子線エピタキシー法による薄膜試料を用いて、磁性トポロジカル絶縁体を舞台としたトポロジカル相の相転移の制御を目指した。具体的には、以下に記載した研究を行った。1. パリティ異常-量子ホール絶縁体-アクシオン絶縁体の相転移非磁性/磁性トポロジカル絶縁体のデュアルゲート電界効果トランジスタを用いることで、外部磁場とゲート電圧によりパリティ異常、量子ホール絶縁体、アクシオン絶縁体の相互間のトポロジカル相転移を制御した。これらの結果から、今後新たなトポロジカル相の探索や、トポロジカル相を利用した機能素子への応用に繋がることが期待される。2. 量子異常ホール絶縁体と磁性ワイル半金属の相転移(In,Cr,Bi,Sb)2Te3は組成に応じて磁性ワイル半金属、磁性トポロジカル絶縁体、自明な絶縁体に対応する特徴を示した。膜厚依存性では組成に依存して2次元的または3次元的な異常ホール効果が観測され、それぞれが量子異常ホール絶縁体と磁性ワイル半金属に対応している。また、面内異方的磁気抵抗効果(AMR)測定では、組成に依存してAMR比の符号変化が観測された。B//Iで負のAMR比はカイラル異常に由来していると解釈することができ、膜厚依存性で推測された相転移との整合性も確認できた。今回実現された磁性ワイル半金属はキャリア数の精密な制御ができ、単一のワイル点の対を持つ最も単純な磁性ワイル半金属である。また、この磁性ワイル半金属は、磁化の向きとワイル点の分裂Delta_kの方位が平行という特徴があり、外部磁場によるDelta_kの変化による新たな物理現象の探索も期待される。