【本学研究者情報】

〇金属材料研究所　教授　塚﨑敦
研究室ウェブサイト

【概要】

理化学研究所（理研）創発物性科学研究センター強相関量子伝導研究チームの川村稔専任研究員、十倉好紀チームリーダー（東京大学卓越教授／東京大学国際高等研究所東京カレッジ）、強相関界面研究グループの川﨑雅司グループディレクタ―（東京大学大学院工学系研究科教授）、強相関理論研究グループの永長直人グループディレクタ―（東京大学大学院工学系研究科教授）、東京大学大学院工学系研究科の森本高裕准教授、東北大学金属材料研究所の塚﨑敦教授（理研創発物性科学研究センター強相関界面研究グループ客員主管研究員）らの共同研究グループは、磁性トポロジカル絶縁体^[1]の積層薄膜における電気磁気効果^[2]を初めて観測しました。

本研究成果は、トポロジー（位相幾何学）を利用した新しいタイプの電子輸送に関する基本原理を実証したものであり、トポロジカル物質の応用研究への展開が期待できます。

今回、共同研究グループは、トポロジカル絶縁体^[1]の(Bi, Sb)₂Te₃（Bi：ビスマス、Sb：アンチモン、Te：テルル）と、それに磁性元素であるCr（クロム）やV（バナジウム）を添加した磁性トポロジカル絶縁体の積層薄膜を独自に開発し、試料に加える磁場を変化させると、それに応答して電流が流れることを観測しました。これは、ロバートB.ラフリン教授（1998年ノーベル物理学賞受賞）が理論的に提唱した「ラフリン電荷ポンプ^[3]」と呼ばれる現象の観測に相当します。

本研究は、科学雑誌『Nature Physics』オンライン版（1月19日付：日本時間1月20日）に掲載されました。

【用語解説】

[1] トポロジカル絶縁体、磁性トポロジカル絶縁体
トポロジカル絶縁体は固体内部では電気を流さない絶縁体であるが、物質表面でのみ電気を流す金属として振る舞う。表面状態はトポロジーによって特徴づけられる特殊な金属状態で、通常の金属とは異なる振る舞いを示す。磁性元素を添加することによって、磁石としての性質も現れ、これを磁性トポロジカル絶縁体と呼ぶ。特殊な金属状態と磁石としての性質が作用する結果として、磁性トポロジカル絶縁体では量子異常ホール効果を生じる。

[2] 電気磁気効果
一般に、物質の電気分極は電場を加えることで誘起されるが、磁場によって誘起される場合もある。逆に、磁気分極が電場によって誘起される場合もある。このような現象は電気磁気効果と呼ばれ、新たな動作原理に基づく記録媒体やスイッチング素子への応用が期待されている。

[3] ラフリン電荷ポンプ
米国のロバートB.ラフリン教授（1998年ノーベル物理学賞受賞）が理論的に提唱した現象。円筒状に丸めた量子ホール効果を示す二次元電子系に対して、円筒の軸方向に加えた磁場を変化させると、電子が円筒の軸方向に平行移動する。本研究では、量子ホール効果に類似した現象を示す量子異常ホール絶縁体を用いた実験を行った。

詳細（プレスリリース本文）

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