トポロジカルエレクトロニクス研究チーム

主宰者

主宰者名
川村 稔 Minoru Kawamura
役職
チームディレクター
略歴
2001 東京大学大学院理学系研究科物理学専攻 博士課程修了
2001 NTT物性科学基礎研究所 リサーチアソシエイト
2003 理化学研究所 河野低温物理研究室 基礎科学特別研究員
2006 東京大学生産技術研究所 特任助教
2008 理化学研究所 河野低温物理研究室 研究員
2015 同 創発物性科学研究センター 強相関量子伝導研究チーム 専任研究員
2024 同 トポロジカルエレクトロニクス研究チーム チームリーダー(現職)
2025/4/1よりチームディレクターに職名変更

研究室概要

当チームでは、固体中における量子輸送現象に関する研究を行っている。強いスピン軌道相互作用を有する物質やバンド構造に非自明なトポロジーを有する物質の薄膜結晶を用いて、電子相関や幾何学的位相が重要な役割を果たすデバイスを作製し、低温・強磁場などの極限環境下における電気伝導特性の測定を行っている。これらの研究を通して、物性科学の理解を拡大する新しい量子効果の発見を目指すとともに、それらを利用したエレクトロニクス・スピントロニクス機能を探索し、新しい技術への扉を開く。

研究分野

物理学/工学/材料科学

キーワード

トポロジカル絶縁体
トポロジカル超伝導
薄膜・界面
量子輸送現象
異常ホール効果

研究紹介

磁性トポロジカル絶縁体を用いた量子抵抗標準素子の開発

トポロジカル絶縁体は、物質内部は絶縁体であるにもかかわらず、金属的な表面状態を有する物質群である。トポロジカル絶縁体に磁性元素を添加した磁性トポロジカル絶縁体では、電流に垂直方向の抵抗値(ホール抵抗値)が電気抵抗の量子単位であるフォン・クリッチング定数(h/e2, hはプランク定数、eは素電荷)に量子化する。量子異常ホール効果として知られているこの現象は、外部磁場なしでも生じることから、強磁場発生装置を用いない新しいタイプの量子抵抗標準としての応用が期待されている。我々は、分子線エピタキシー法を用いて高品質の磁性トポロジカル絶縁体ヘテロ構造薄膜を作製し、ホール抵抗値が8桁の精度でフォン・クリッチング定数に一致していることを確認した。強磁場発生装置が不要になったことで、量子抵抗標準の小型化が期待される。

(左)量子異常ホール効果測定に使用したデバイスの概念図。(右)縦抵抗(Rxx)とホール抵抗(Ryx)の温度依存性。温度1ケルビン以下で、ホール抵抗がh/e2となる量子異常ホール効果が発現する。

メンバー一覧

川村 稔 Minoru Kawamura

チームディレクター

小川 亮 Ryo Ogawa

研究員

佐藤 雄貴 Yuki Sato

特別研究員

主要論文

  1. M. Kawamura, M. Mogi, R. Yoshimi, T. Morimoto, K. S. Takahashi, A. Tsukazaki, N. Nagaosa, M. Kawasaki, and Y. Tokura

    Laughlin charge pumping in a quantum anomalous Hall insulator

    Nat. Phys. 19, 333–337 (2023)
  2. M. Mogi, Y. Okamura, M. Kawamura, R. Yoshimi, K. Yasuda, A. Tsukazaki, K. S. Takahashi, T. Morimoto, N. Nagaosa, M. Kawasaki, Y. Takahashi, and Y. Tokura

    Experimental signature of the parity anomaly in a semi-magnetic topological insulator

    Nat. Phys. 18, 390–394 (2022)
  3. Y. Okazaki, T. Oe, M. Kawamura, R. Yoshimi, S. Nakamura, S. Takada, M. Mogi, K. S. Takahashi, A. Tsukazaki, M. Kawasaki, Y. Tokura, and N.-H. Kaneko

    Quantum anomalous Hall effect with a permanent magnet defines a quantum resistance standard

    Nat. Phys. 18, 25 (2022)
  4. M. Kawamura, M. Mogi, R. Yoshimi, A. Tsukazaki, Y. Kozuka, K. S. Takahashi, M. Kawasaki, and Y. Tokura

    Topological quantum phase transition in magnetic topological insulator upon magnetization rotation

    Phys. Rev. B 98, 140404 (2018)
  5. M. Mogi, M. Kawamura, R. Yoshimi, A. Tsukazaki, Y. Kozuka, N. Shirakawa, K. S. Takahashi, M. Kawasaki, and Y. Tokura

    A magnetic heterostructure of topological insulators as a candidate for an axion insulator

    Nat. Mater. 16, 516 (2017)

研究紹介記事

お問い合わせ

〒351-0198

埼玉県和光市広沢2-1

E-mail:
minoru[at]riken.jp

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