【研究成果・共同プレスリリース】スピン流を超簡単にon/offスイッチング〜結晶を曲げるだけでトポロジカル相を自在に制御〜

【研究成果・プレスリリース】 2021年5月21日公開

スピン流を超簡単にon/offスイッチング
〜結晶を曲げるだけでトポロジカル相を自在に制御〜

Visualization of the strain-induced topological phase transition in a quasi-one-dimensional superconductor TaSe₃

発表者:

Chun Lin 東京大学物性研究所 附属極限コヒーレント光科学研究センター 博士課程3年
越智 正之 大阪大学大学院理学研究科物理学専攻 准教授
野口 亮 東京大学物性研究所 附属極限コヒーレント光科学研究センター 博士課程3年(当時)
黒田 健太 東京大学物性研究所 附属極限コヒーレント光科学研究センター 助教
迫田 將仁 北海道大学 大学院工学研究院応用物理学部門 トポロジー理工学教育研究センター 助教
野村 温 東京理科大学 理学部第一部 物理学科 助教
坪田 雅功 学習院大学 理学部 物理学科 助教
有田 亮太郎 東京大学大学院工学系研究科 物理工学専攻 教授
理化学研究所創発物性科学研究センター 計算物質科学研究チーム チームリーダー
丹田 聡 北海道大学大学院工学研究院 応用物理学部門 トポロジー理工学教育研究センター 量子物性工学分野 教授
近藤 猛 東京大学物性研究所 附属極限コヒーレント光科学研究センター 准教授
トランススケール量子科学国際連携研究機構 准教授

研究体制:
東京大学 大阪大学 北海道大学 東京理科大学 学習院大学 理化学研究所

発表のポイント:
○結晶を少し曲げるだけで、トポロジカル絶縁体状態から通常の絶縁体状態へとトポロジカル相転移する物質を見出した。
○2つの状態が切り替わる様子を可視化し実証した。
○スピン流を簡単にon/off制御できることから、スピントロニクスへの発展研究が期待される。

発表の概要:
東京大学物性研究所のChun Lin大学院生、野口亮大学院生(当時)、黒田健太助教、近藤猛准教授の研究グループは、大阪大学大学院理学研究科の越智正之准教授、北海道大学大学院工学研究院応用物理学部門の丹田聡教授および迫田將仁助教、東京理科大学理学部第一部物理学科の野村温助教、学習院大学理学部物理学科の坪田雅功助教、東京大学大学院工学系研究科の有田亮太郎教授(理化学研究所 創発物性科学研究センター チームリーダー)と共同で、擬一次元TaSe₃(Ta:タンタル、Se:セレン)がスピン流を生成するトポロジカル絶縁体状態にあることを示すと共に、その結晶を少し歪ませるだけで、通常の絶縁体へと容易に変化させられることを見出しました。

スピン流の制御はスピントロニクスを確立する上での課題です。その手法として、トポロジカル絶縁体状態と通常絶縁体状態を行き来するトポロジカル相転移を用いる手法が期待されていましたが、両者を瞬時に切り替え制御する手法は確立していません。これまで、物質の一部の元素を置換することでトポロジカル相転移が生じることが実験的に示されていましたが、この手法では、応用に必要となる瞬間的なon/off制御は不可能です。本研究では、基板に試料を乗せ、それを少し曲げるだけの簡単な手法でトポロジカル相転移を生じさせ、スピン流をon/offスイッチングできることを初めて実証しました。

本成果は、英国科学誌「Nature Materials」に2021年5月20日(英国夏時間)にオンライン掲載されました。
(論文URLはこちら https://www.nature.com/articles/s41563-021-01004-4

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関連リンク 東京大学物性研究所