【発表のポイント】

• 過剰電流^（注１）を流しながら走査ゲート顕微鏡^（注２）観察を行うことで、トポロジカル量子状態^（注３）（量子ホール状態^（注４））に現れる特殊な絶縁領域を映し出すことに成功。
• 量子ホール状態のミクロスコピック^（注５）な構造が、過剰電流による外乱に対して強いことを実証。
• 様々なトポロジカル量子状態観察に応用が期待されることから、より外乱に強い情報処理デバイス材料の探索に貢献すると考えられる。

【概要】

次世代の情報処理デバイス材料として期待されているトポロジカル物質は、従来の物質よりも電子による情報伝達が不純物などに邪魔されにくいという特性を持っています。

東北大学大学院理学研究科の冨松透助教、橋本克之助教、平山祥郎教授らは、筑波大学数理物質系の野村晋太郎准教授と協力し、トポロジカルに護られた電子状態の一つである量子ホール状態を過剰電流で乱し走査ゲート顕微鏡観察を行うことで、その特殊な絶縁性領域を可視化することに成功しました。これにより、トポロジカルに護られたミクロスコピックな状態が、過剰電流といった外乱下でも保持されていることが実証されました。この研究成果は、トポロジカル普遍性が作り出すミクロスコピックな状態を探るための新しい手法を提供するもので、今後、様々なトポロジカル量子状態観察に応用が期待されることから、より外乱に強い情報処理デバイス材料の探索に貢献すると考えられます。

なお、研究成果は米国科学誌「Physical Review 虎扑电竞」のオンライン版に令和2年2月5日（日本時間）に掲載されました。

【用語解説】

注1）過剰電流
量子ホール効果は電気抵抗がゼロになる現象で特徴づけられるが、ある電流値以上では電気抵抗が現れ始め量子ホール効果ブレークダウンを生じる。本研究ではこの電流領域を指している。

注2）走査ゲート顕微鏡
走査プローブ顕微鏡の一つで、金属探針を走査ゲートとして用い、その応答を電気抵抗測定で捉える顕微鏡。探針と試料表面の距離を一定に保ちながら走査するため、一般的に原子間力顕微鏡の機能が用いられる。

注3）トポロジカル状態?物質
形を連続的に変えた際にその前後で特性が変わらない性質で分類できる状態や物質のことで、近年、金属、半導体、絶縁体、超伝導体などの様々な物資で見つかっている。

注4）量子ホール状態
半導体量子井戸構造に閉じ込められた二次元電子ガスに強磁場を印可した際に生じる量子化状態。古くから知られている現象であるが、最近トポロジカル状態の一つとして再認識されている。

注5）ミクロスコピック
肉眼では見えないマイクロメートル（1mmの千分の１）からナノメートル（1mmの百万分の１）の微小なサイズ。また、様々な現象を引き起こす微視的な原因となる要素のサイズを意味する。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学大学院理学研究科物理学専攻
助教 橋本　克之（はしもと　かつし）
電話：022-795-5708
E-mail：hashi*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学大学院理学研究科
広報?アウトリーチ支援室
電話：022?795-6708
E-mail：sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）