トポロジカル絶縁体･超伝導体における新奇な量子現象の探求

探索拓扑绝缘体和超导体中的新颖量子现象

• 批准号: 25220708
• 负责人: 安藤 陽一
• 金额: $ 119.81万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-05-31 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-25220708/
• 关键词: トポロジカル絶縁体; トポロジカル超伝導体; MBE薄膜; 電界制御; ナノ薄片; 物性実験; 半導体物性; 表面・界面物性; 低温物性; MBE

本課題の3年目である平成27年度は、今後、トポロジカル絶縁体・超伝導体のデバイス加工を通じて新物性を検証・解明する研究を展開していくための基礎となる実験技術の開発に重点を置いた。その結果、廃止までの半年間で以下の２つの重要な成果を得た。（１）トポロジカル絶縁体薄膜には上面と下面の両方にトポロジカル表面状態が存在するので、今後、表面状態中の輸送現象に関する実験を高度化していくためには、これらのフェルミ準位を独立に電界制御できることが望ましい。そこで我々は、サファイア基板上にMBE成長させたバルク絶縁性を有する高品質(Bi1-xSbx)2Te3薄膜をSi/SiO2基板上に移し換える技術を開発し、下面側からの電界制御を可能にした。これを昨年度開発した上面側の高効率電界制御技術と組み合わせることで、上面と下面のフェルミ準位を独立に電界制御できる「デュアルゲート」デバイスを開発することに成功した。これまで、単結晶を劈開した薄片についてはデュアルゲート制御の報告はあるが、広い面積を持つ高品質薄膜で高効率なデュアルゲート制御に成功したのはこれが世界初である。（２）現在研究対象となっているトポロジカル超伝導体候補物質の多くで、デバイス加工をすると超伝導が失われてしまうことが知られており、これが研究進展の大きな妨げとなっていた。そこで我々は、デバイス加工に適したナノ薄片の超伝導試料を合成する技術の開発に取り組み、有力なトポロジカル超伝導体候補物質であるInxSn1-xTeのナノ薄片試料の作製に成功した。さらにそのナノ薄片を、電子ビーム描画技術を用いてデバイス加工し、抵抗率測定において急峻な超伝導転移を観測することにも成功した。これは今後、トポロジカル超伝導体におけるマヨラナ準粒子を検証するためのデバイス作製に道を拓く重要な成果である。

在本期第三年的2015财年，我们专注于开发实验技术，这些技术将通过拓扑绝缘体和超导体的设备处理来验证和阐明新的物理特性的研究基础。结果，在废除六个月之前，取得了以下两个重要结果。 （1）由于拓扑绝缘薄膜在顶部和底部表面都具有拓扑表面状态，以改善未来表面状态的传输现象的实验，因此希望能够独立控制这些费米水平的电场。因此，我们开发了一项技术，可以将高质量（BI1-XSBX）2TE3薄膜传输，其在蓝宝石底物上生长的散装绝缘特性转移到SI/SIO2底物上，从而从底部实现了电场控制。通过将其与去年在顶面开发的高效电场控制技术相结合，我们成功地开发了一种“双门”设备，可以独立控制顶部和底部表面上的费米水平。到目前为止，已经有关于单晶切片的双门控制的报道，但这是世界上第一个成功的双门控制，具有高质量的薄膜，并具有广阔的区域。 （2）众所周知，当前正在研究的许多拓扑超导体候选材料在进行设备处理时会失去超导性，这是研究进展的主要障碍。因此，我们一直致力于开发一项技术，以合成适合设备处理的纳米融合的超导样品，并成功地生产了领先的拓扑超导体候选物质INXSN1-XTE的纳米含量样品。此外，使用电子束图技术对纳米式融合的碎片进行处理，以成功地观察电阻率测量中的突然超导过渡。这是一个重要的成就，它将为将来验证拓扑超导体中的Mayorana准颗粒的设备打开道路。

项目成果

トポロジカル表面におけるディラック電子の非平衡状態

拓扑表面上狄拉克电子的非平衡态

• 发表时间: 2014
• 作者: 金聖憲;石田行章;近藤猛;江藤数馬;瀬川耕司;安藤陽一;辛埴;小森文夫
• 通讯作者: 小森文夫

Electrical injection and extraction of spin polarized current through a ferromagnetic metal / topological insulator interface

通过铁磁金属/拓扑绝缘体界面的自旋极化电流的电注入和提取

• 发表时间: 2014
• 作者: Yuichiro Ando;T. Hamasaki;F. Yang;M. Novak;S. Sasaki;K. Segawa;Y. Ando;M. Shiraishi
• 通讯作者: M. Shiraishi

Transport studies of Topological Insulators

拓扑绝缘体的输运研究

• 发表时间: 2013
• 作者: M. Novak;S. Sasaki;M. Kriener;K. Segawa;Y. Ando;Y. Ando
• 通讯作者: Y. Ando

トポロジカル絶縁体Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3の非占有電子ダイナミクス

拓扑绝缘体Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3的空载电子动力学

• 发表时间: 2014
• 作者: 金 聖憲;石田 行章;近藤 猛;江藤 数馬;瀬川 耕司;安藤 陽一;辛 埴;小森 文夫
• 通讯作者: 小森 文夫

New Topological Materials: Topological Crystalline Insulators and Topological Superconductors

新型拓扑材料：拓扑晶体绝缘体和拓扑超导体

• 发表时间: 2014
• 作者: 安藤裕一郎;濱崎嵩宏;Fan Yang;Mario Novak;佐々木聡;瀬川耕司;安藤陽一;白石誠司;Y. Ando;Y. Ando;Y. Ando;Y. Ando
• 通讯作者: Y. Ando