表面系におけるスピン輸送の研究

表面系统中自旋输运的研究

• 批准号: 13J01282
• 负责人: 福居 直哉
• 金额: $ 1.73万
• 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: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J01282/
• 关键词: スピン; トポロジカル絶縁体; 表面; 電子輸送; その場測定; 走査トンネル顕微鏡; スピントロニクス; 半導体表面; 電気伝導; マルチプローブ; 微細加工

固体表面は空間反転対称性が破れているため、しばしばスピン縮退が解けてバンドが分裂する。トポロジカル絶縁体表面はその極端な例で、スピンの方向と運動量の方向が必ず直交している。そのため、運動量を反転する後方散乱や反射は抑制される。原子ステップのようなポテンシャル障壁も透過しやすいといわれ、実際にSTSを用いて実証されている。しかし、それがマクロな電子輸送現象に与える影響はこれまで不明であった。それを解明するため、今年度の研究ではトポロジカル絶縁体表面での原子ステップの抵抗測定を試みた。微傾斜基板にトポロジカル絶縁体薄膜を成長させることで方向のそろった多数のステップを用意し、ステップ垂直、平行方向の抵抗率を測定した。その差などからステップ1本あたりの抵抗を見積もり、ステップ抵抗からステップ透過率を計算した。フェルミエネルギーに表面状態のみが存在する試料(Pb-doped-Bi2Te3)の透過率は0.5程度であり、トポロジカル絶縁体でない表面状態の透過率よりも高かった。この透過率の高さはトポロジカル絶縁体表面の特徴である後方散乱の抑制を反映していると解釈できる。一方で、フェルミエネルギーに表面状態とバルク状態が存在する試料(Non-doped Bi2Te3)においては透過率が0.05であり、バルク状態の存在がステップ透過率を低下させることが判明した。また、双方ともトポロジカル絶縁体であるBi2Te3とBi2Se3のステップ透過率を比較すると、Bi2Se3のほうが高かった。Bi2Se3はフェルミ面の形状がBi2Te3よりも円形に近く、それに伴って後方散乱の抑制もより強力であることが既に知られており、それと関連すると思われる。このように、トポロジカル絶縁体のミクロなステップ透過特性が電気抵抗に反映されることが当研究により明らかとなった。

Solid surface は space inverse planning polices according to sexual が broken れ て い る た め, し ば し ば ス ピ ン retreat が solution け て バ ン ド が split す る. ト ポ ロ ジ カ ル never try body surface は そ の extreme な で, ス ピ ン の direction と が shall exercise の direction ず rectangular し て い る. Youdaoplaceholder0 ため and the amount of exercise を counteract the 転する and the posterior dispersion や reflex <s:1> suppress される. Atomic ス テ ッ プ の よ う な ポ テ ン シ ャ ル barrier も through し や す い と い わ れ, the event be に STS を い て card be さ れ て い る. The phenomenon of electronic transport に and its effects on える える れまで れまで れまで れまで are unknown であった. Youdaoplaceholder0 explain するため, this year 's <s:1> research で トポロジカ トポロジカ するため resistance determination of で <s:1> atoms ステップ <s:1> on the surface of the atom を を test みた. Slightly tilted plate に ト ポ ロ ジ カ を ル never try body film growth さ せ る こ と で direction の そ ろ っ た most の ス テ ッ プ を intention し, ス テ ッ プ vertical and parallel to the direction の を resistance rate determination し た. Poor そ の な ど か ら ス テ ッ プ this あ た り の resistance を see product も り, ス テ ッ プ resistance か ら ス テ ッ プ transmittance を computing し た. フ ェ ル ミ エ ネ ル ギ ー に surface state の み が exist す る sample (Pb - doped Bi2Te3) の transmittance は 0.5 degree で あ り, ト ポ ロ ジ カ ル never try body で な い surface state の transmittance よ り も high か っ た. The <s:1> <s:1> transmittance <e:1> is high. The さ トポロジカ トポロジカ トポロジカ is isolated from the surface of the body. The <s:1> characteristics are である and the posterior dispersion is <s:1>. The を reaction is inhibited. The <s:1> て ると ると interpretation is で る る る. Party で, フ ェ ル ミ エ ネ ル ギ ー に surface state と バ ル ク state が exist す る sample (Non - doped Bi2Te3) に お い て は transmittance が 0.05 で あ り, バ ル ク exist state の が ス テ ッ プ low transmittance を さ せ る こ と が.at し た. ま た, both sides と も ト ポ ロ ジ カ ル never try body で あ る Bi2Te3 と Bi2Se3 の ス テ ッ プ transmittance を compare す る と, Bi2Se3 の ほ う が high か っ た. Bi2Se3 は フ ェ ル ミ の shapes が Bi2Te3 よ り も has drifted back towards &yen; に nearly く, そ れ に with っ て rear scattered の inhibit も よ り powerful で あ る こ と が に know both ら れ て お り, そ れ と masato even す る と think わ れ る. こ の よ う に, ト ポ ロ ジ カ ル never try body の ミ ク ロ な ス テ ッ プ reflected through characteristic 気 が electricity resistance に さ れ る こ と が when the に よ り Ming ら か と な っ た.

项目成果

微斜面トポロジカル絶縁体薄膜の電気伝導異方性

邻位拓扑绝缘体薄膜的导电各向异性

• 发表时间: 2014
• 作者: 福居直哉;平原徹;長谷川修司
• 通讯作者: 長谷川修司

Bi2Se3薄膜のin situ微細加工と4探針測定によるスピンホール効果検出の試み

Bi2Se3薄膜原位微加工及四探针测量检测自旋霍尔效应的尝试

• 发表时间: 2013
• 作者: 福居直哉;平原徹;長谷川修司
• 通讯作者: 長谷川修司

The electronic conduction anisotropy of topological insulator thin films, Bi2Te3 and Bi2Se3, grown on a vicinal substrate

在邻接衬底上生长的拓扑绝缘体薄膜 Bi2Te3 和 Bi2Se3 的电子传导各向异性

• 发表时间: 2014
• 作者: N. Fukui;T. Hirahara;and S. Hasegawa
• 通讯作者: and S. Hasegawa

in situ微細加工構造を用いたBi2Se3のスピンホール効果測定

使用原位微加工结构测量 Bi2Se3 的自旋霍尔效应

• 发表时间: 2014
• 作者: 福居直哉;平原徹;長谷川修司
• 通讯作者: 長谷川修司

In site FI BEtching and Conduction Measurement of Microstructures on a Topological Thin Film

拓扑薄膜上微结构的现场 FI B 蚀刻和传导测量

• 发表时间: 2013
• 作者: Naoya Fukui;Toru Hirahara;Shuji_Hasegawa
• 通讯作者: Shuji_Hasegawa