Elucidation of interface magnetism in topological insulator/ferromagnetic material and development for high-temperature quantum anomalous Hall effect

拓扑绝缘体/铁磁材料界面磁性的阐明和高温量子反常霍尔效应的发展

基本信息

批准号：
20H02616
负责人：
秋山了太
金额：
$ 11.81万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では強磁性をトポロジカル絶縁体表面に導入して起こる様々な効果を観測することが狙いである。特に試料端に量子異常ホール効果によってカイラルエッジ状態が誘起されたり、表面に強磁性渦のスキルミオンが誘起されることが期待できるため、そのような新奇状態について調べていきたい。意義としては、前者はエネルギー無散逸スピン偏極伝導となるため、低消費電力スピンデバイスへの応用が期待でき、後者はトポロジカルにnontrivialであることが期待されるため、外乱に頑丈なスキルミオンメモリなどが期待できる。また、強磁性とトポロジカル状態の組み合わせは、物理現象としても解明すべきことが多く基礎学理構築上も重要である。そして更に発展形として、本研究ではトポロジカル結晶絶縁体を用いた量子異常ホール効果の観測も重要な目的としている。本研究でベースとする物質の一つが、真性自己形成強磁性トポロジカル絶縁体(FMTI)であるMn(Bi,Sb)2Te4であり、これはBiとSbの組成比xを調整することでフェルミ準位が制御可能なFMTIである。これまでの実績としてスキルミオンの観測が挙げられるが、その後に続く研究としては、Mn(Bi,Sb)2Te4のSb組成比を変化させたときの、強磁性特性の調査が挙げられる。これはより高温で量子異常ホール効果を実現する上でも重要な知見である。実験結果によるとSb組成比を増やすとキュリー温度が上昇し、格子定数は小さくなることが分かった。バルク結晶のMn(Bi,Sb)2Te4においては面間（c軸方向）の反強磁性秩序が生じやすく、また面内は直接交換相互作用由来と思われる強磁性相互作用が働いていると言われているが、薄膜試料の我々の結果はそれとは整合せず、RKKY相互作用由来である可能性を示唆している。そうであるとすると、キャリア密度依存も期待でき物性の制御も視野に入れられる。

这项研究旨在观察到铁磁性引入拓扑绝缘体表面时发生的各种影响。特别是，我们可以期望通过标本边缘的量子异常大厅效应诱导手性边缘状态，并在表面诱导铁磁涡流silmion，因此我们希望研究这种新型状态。在显着性上，由于前者具有无势自旋极化传导，因此可以预期将其应用于低功率自旋装置，而后者则预计在拓扑上是非平凡的，因此可以预期它具有对外部干扰的Silmion记忆。此外，铁磁性和拓扑状态的结合通常被阐明为物理现象，对于建立基本理论也很重要。此外，作为一种高级形式，本研究还具有使用拓扑晶体绝缘子观察量子异常的霍尔效应的重要目的。本研究中使用的材料之一是MN（BI，SB）2TE4，这是一种真正的自我形成的铁磁拓扑绝缘子（FMTI），它是一个FMTI，它允许通过调整BI和SB的组成比例来控制费米水平。先前的成就包括对Silmion的观察，但下一项研究是在更改Mn（BI，SB）2TE4的SB组成比时研究铁磁特性。这也是在较高温度下实现量子异常效应的重要见解。实验结果表明，增加SB组成比会增加居里温度，晶格常数降低。据说，散装晶体MN（BI，SB）2TE4容易引起平面之间（C轴方向）之间的反铁磁有序，而铁电磁相互作用似乎来自直接交换，似乎是在飞机上起作用的，但是我们的薄膜样品的结果不匹配，这可能是匹配的，它们可能来自rkky rkky rkky。如果是这种情况，则可以预期载体密度依赖性，并且可以考虑对物理特性的控制。

项目成果

期刊论文数量（35）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Spin-glass-like state induced by Mn-doping into a moderate gap layered semiconductor SnSe2

DOI：
10.1063/5.0077612
发表时间：
2021-06
期刊：
Journal of Applied Physics
影响因子：
3.2
作者：
Hongrui Huang;A. Rahman;Jianlin Wang;Yalin Lu;R. Akiyama;S. Hasegawa
通讯作者：
Hongrui Huang;A. Rahman;Jianlin Wang;Yalin Lu;R. Akiyama;S. Hasegawa

Induced effects by introducing ferromagnetism into topological insulators

将铁磁性引入拓扑绝缘体中产生的感应效应

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hosokawa Shinya;Happo Naohisa;Matsushita Tomohiro;Stellhorn Jens R?diger;Kimura Koji;Hayashi Kouichi;Ryota Akiyama
通讯作者：
Ryota Akiyama

SiC(0001)上エピタキシャルグラフェンへのYbインターカレーションによる強磁性の発現

SiC(0001)上外延石墨烯中Yb插层的铁磁性表现