표면 온라인 바카라 상태 상태의 단열재

Trainee Mogi Masataka (도쿄 대학교 공학 대학원의 학생), 그룹 디렉터 Tokura Yoshinori (교수), Kawasaki Masaji 그룹 디렉터, Kawasaki Masaji (교수), 강력한 상관 관계 인터페이스 연구 그룹의 그룹 디렉터, Kawamura Minoru, 강력한 상관 관계 연구 팀의 전임 연구원, Tsukazaki Intershoki 교수 그리고 Advanced Industrial Technology Institute 등의 시라카와 나오키 이사공동 연구 그룹^※"토폴로지 절연체」^[1]적층 박막을 제작함으로써, 우리는 특별한 "전온라인 바카라 효과"가 나타날 것으로 예상되는 새로운 양자 상태를 달성했습니다

전자그넷 효과는 전기장의 적용에 의해 자화 (자석의 특성)가 생성되거나 반대로 온라인 바카라장의 적용에 의해 생성됩니다Electrode^[2]향후 전원 절약 메모리 장치에 적용될 것으로 예상됩니다 토폴로지 절연체는 재료 내에서 전기를 전도하지 않지만 표면에서는 전기를 전도하는 재료입니다토폴로지 (토폴로지)^[3]발생합니다 그러나 토폴로지 절연체는 일반적으로 온라인 바카라 표면 상태를 가지므로 전자기 효과는 발생하지 않습니다 따라서 전자기 효과를 관찰하기 위해 토폴로지 절연체 표면을 단열해야합니다 이론적으로, 2 개의 자기 층의 자화가 표면에 수직 인 반대 방향 (안티 파란 엘)으로 향하는 경우, 절연체가 될 것이지만, 기존의 기술로 인해 자화의 배향을 제어하기가 어려워졌다

이번에는 공동 연구 그룹이 자체 "온라인 바카라 변조 도핑」^[4], Topological Insulator "라는 기술 사용 (BI_1-ySB_y)₂TE₃(Bi : Bismuth, SB : Antimony, TE : Tellurium) "및 온라인 바카라 요소 CR (Chromium)으로 만든 온라인 바카라 토폴로지 절연체"Cr_x(bi_1-ySB_y)_2-xTE₃"사용 우리는 3 개의 온라인 바카라/비자 성/온라인 바카라 층에 라미네이팅 된 박막을 제조했습니다 우리 가이 박막을 조사했을 때, 2 개의 온라인 바카라 층의 자화는 항구 평행이었고, 표면은 절연되었다 이 결과는 특수 전온라인 바카라 효과의 발생에 대한 이론적으로 예측 된 조건이며 전온라인 바카라 효과를 관찰하기위한 물질적 기초를 설정합니다

미래에 생산 된 적층 박막을 사용하여 특수 전온라인 바카라 효과가 직접 관찰 될 수 있다고 믿어집니다 또한,이 적층 기술의 개발을 통해 가능한 새로운 양자 상태는 토폴로지 절연체에 대한 우리의 이해를 심화시킬 것이며 스핀 트로 닉스 및 양자 컴퓨팅의 응용에 유용 할 것으로 예상됩니다

이 결과는 영국 과학 저널 "자연 재료'에 게시되기 전에 온라인 버전 (2 월 13 일 : 2 월 14 일, 일본 2 월 14 일)에 게시됩니다

이 연구는 최첨단 연구 지원 프로그램 (첫 번째)의 문제 이름 인 "Strong Correlation Quantum Science"와 Topological Insulator Heterojunction을 통한 양자 기술의 기초 인 전략적 크리에이티브 리서치 프로모션 프로젝트 (CREST)의 프로젝트 이름 인 프로젝트의 일부로 수행되었습니다

2016 년 노벨 물리학상은 3 명에게 수여되었습니다 : David J Saures 박사, Duncan Holden 교수 (미국 프린스턴 대학교) 및 John M Costellitz 교수 (미국 브라운 대학교)는 "토폴로지 단계 전환 및 이론적 인 물질의 발견"에 대한 수여되었습니다 이런 식으로, 물질에 내재 된 "토폴로지"(토폴로지)에 중점을 둔 연구는 최근 몇 년 동안 전 세계적으로 빠르게 발전하고 있습니다 "토폴로지 절연체"는 가장 일반적인 예 중 하나이며, 내부는 전류를 통해 흐르는 절연체 인 반면, 표면은 토폴로지에 의해 생성 된 특수 온라인 바카라 상태를 통해 흐르는 재료입니다

자화 (자석으로서 특성)가 토폴로지 절연체에 첨가 될 때, 표면의 온라인 바카라 상태는 자화와 얽히게되어 비정상적인 전기 전도성 특성을 나타냅니다 최근 연구에서, 자화가 모두 한 방향으로있을 때 (그림 1 (a)), 전류는 샘플의 가장자리에서만 흐릅니다양자 이상 홀 효과^[5]"가 발생한다는 것이 발견되었습니다

"전온라인 바카라 효과"는 전기장이 적용될 때 자화가 발생하거나 반대로 온라인 바카라장이 적용될 때 전기 분극이 발생하며 향후 전력 절약 메모리 장치에 적용될 것으로 예상되는 현상입니다 전온라인 바카라 효과는 특수 온라인 바카라 재료에서도 관찰 할 수있는 효과이지만, 토폴로지 절연체의 전온라인 바카라 효과는 거대하며 그 크기는 항상 재료에 존재하는 결함이나 불순물의 양에 의존하지 않으며 그 크기는 특정 고정 값입니다

그러나, 정상적인 토폴로지 절연체의 경우, 표면의 온라인 바카라 상태로 인해 전자기 효과가 없다 따라서 전자기 효과를 관찰하기 위해 토폴로지 절연체 표면을 단열해야합니다 이론적으로, 자화가 표면에 항구 평행 방향으로 향하는 경우 (그림 1 (b)) (그림 1 (b)), 표면의 모든 온라인 바카라 상태가 사라지고 완전한 절연체가 될 것으로 예측된다 그러나 토폴로지 절연체로 자화 방향을 제어하는 ​​것은 기술적으로 어려웠습니다

따라서, 공동 연구 그룹은 토폴로지 절연체의 표면에 비해 정책 방향으로 자화를 제어하는 ​​것을 목표로했다

그림 1 토폴로지 절연체의 양자 비정상 홀 효과 및 전온라인 바카라 효과의 개념적 다이어그램 적층 박막

(a) 자화가 토폴로지 절연체 표면과 관련하여 한 방향으로 정렬 될 때, 전류는 샘플의 가장자리 (큰 녹색 화살표)와 양자 비정상적인 홀 효과가 나타납니다 (b) 자화가 토폴로지 절연체 표면에 반대 기준 인 경우, 샘플의 가장자리로의 전류가 흐르지 않아 완전한 절연체가 발생합니다 이 완전한 절연체는 예를 들어 외부 온라인 바카라장이 적용될 때 특수한 전온라인 바카라 효과를 관찰 할 것으로 예상됩니다 전기 편광은 같은 방향 (큰 분홍색 화살표)으로 발생합니다

공동 연구 그룹 First는 고품질의 박막을 성장시키는 방법 중 하나입니다분자 빔 epitaxy^[6]중고 "온라인 바카라 변조 도핑」^참고), 토폴로지 절연체 "(bi_1-ySB_y) 2TE₃(Bi : Bismuth, SB : Antimony, TE : Tellurium) "및 온라인 바카라 토폴로지 절연체"CR_x(bi_1-ySB_y)_2-xTE₃"는 반도체 재료의 인듐 인수 (INP) 기질에 제조되었다 3 개의 온라인 바카라/비 생성/자성 층의 3 개의 층에 걸쳐있는 층화 된 구조를 사용하여 (그림 2 (A)) (그림 2 (A)) (그림 층을 제어 할 수있다 온라인 바카라 재료의 자화를 역전시키는 데 필요한 외부 온라인 바카라장의 경우, 이러한 자화 제어 방법은 오늘날의 하드 디스크 드라이브의 온라인 바카라 헤드에 사용됩니다거대한 자석성 (GMR) 요소^[7]로 잘 알려져 있습니다

다음으로, 자화 방향을 정렬하기 위해 제조 된 박막 샘플에 수직 방향으로 강한 외부 온라인 바카라장을 적용했을 때, 양자 비정상 홀 효과가 관찰되었다 (도 1 (a)) 외부 온라인 바카라장의 적용 방향이 역전되고 점차 증가하는 경우, 작은 강제력을 갖는 층의 자화는 특정 크기의 온라인 바카라장으로 역전 될 것이다 (그림 1 (b)) 결과적으로, 2 개의 온라인 바카라 층의 자화는 항 파악 렐라가되었고, 동시에, 전류는 박막 샘플을 통해 흐르면서 표면의 완전한 절연을 초래했다 (도 2 (b) 및 (c))

이는 자화 방향을 제어함으로써, 토폴로지 절연체의 표면이 절연되었고, 양자 비정상 홀 효과가 특수 전온라인 바카라 효과가 관찰 될 것으로 예상되는 절연체 상태로 전환 될 수 있음을 나타낸다

이 결과는 온라인 바카라 토폴로지 절연체의 자화 방향을 제어함으로써 특수 전온라인 바카라 관찰을위한 재료 기반이 확립되었음을 보여준다

그림 2 : 적층 박막의 구멍 전도도 및 세로 전도도의 의존성

(a) 제조 된 토폴로지 절연체 박막 및 온라인 바카라 토폴로지 절연체의 적층 구조 (b) 측정을 위해 제조 된 박막을 사용하여 처리 된 샘플의 광학 현미경 사진 (c) ≉ 녹색 그림자가있는 부분은 단열 상태를 나타냅니다 이는 현재 적용 방향에서 전기 흐름의 용이성을 나타내는 종 방향 전도도와 전류의 방향과 전류 방향의 흐름의 용이성을 나타내는 구멍 전도도가 동시에 0에 접근하여 전류가 어디서나 흐르기가 어렵다는 것을 의미합니다 종 방향 전도도 및 홀 전도도는 측정 된 종 방향 전압 및 홀 전압으로부터 계산된다

앞으로이 연구에서 실현 된 새로운 양자 상태에서 전온라인 바카라 효과에 대한 직접적인 관찰이 예상 될 수있다 이 특별한 전온라인 바카라 효과의 관찰은 물질 토폴로지의 본질을 이해하는 기본 과학으로서 중요하다 특히, 토폴로지 절연체는 스핀 트론 및 양자 컴퓨팅에 적용될 것으로 예상되며, 실질적인 사용을 향한 추가 개발을 위해 토폴로지 절연체 자체에 대한 이해를 심화시키는 것이 중요합니다

*협력 연구 그룹

Riken Research Institute 응급 재료 연구 센터
강력한 상관 물리적 특성 연구 그룹
　　트레이너 Mogi Masataka (Mogi Masataka)
　　(도쿄 대학 공학 대학원 2 학년 석사 프로그램)
　　그룹 디렉터 Tokura Yoshinori
　　(도쿄 대학 공학 대학원 교수)
강한 상관 관계 인터페이스 연구 그룹
　　그룹 디렉터 카와사키 마사시
　　(도쿄 대학 공학 대학원 교수)
　　제 2 학자 연구원 타카 하시 케이 (Takahashi Kei)
　　(과학 기술 기관, 일본 과학 기술 촉진 연구원)
강력하게 상관 관계가있는 양자 전도 연구 팀
　　전임 연구원 카와 무라 미노루 (Kawamura Minoru)
　　기초 과학의 특별 연구원 요시미 류 타로
도쿄 대학 공학 대학원
　강사 코즈카 ​​유스케 (Kozuka Yusuke)
Tohoku University Metal Material Research Institute
　Tsukazaki Atsushi 교수 (Tsukazaki Atsushi)
　　(방문 연구원, Riken)
바카라 커뮤니티 Flexible Electronics Research Center
기능적 표현 프로세스 팀
　　연구 팀장 시라 카와 나오키[참조로 돌아 가기]

[1] 토폴로지 절연체

재료에서 전자 상태의 토폴로지를 반영하는 것은 전기를 전도하지 않는 특수 재료이지만 표면에서는 전기를 작동시키는 온라인 바카라이됩니다[참조로 돌아 가기]

[2] 전기 편광

양전하는 물질의 한쪽에 축적되며 다른쪽에 음전하가 축적됩니다 자석의 특성으로서의 자화는 전기의 특성으로서 전기 분극에 해당한다[참조로 돌아 가기]

[3] 토폴로지 (토폴로지)

모양이 지속적으로 변형 된 경우에도 변하지 않는 특성을 연구하는 수학적 개념 토폴로지 절연체는 전자가 고체 상태에서 취할 수있는 에너지 상태 (밴드 구조)의 토폴로지로 인한 독특한 특성을 나타낸다[참조로 돌아 가기]

[4] 온라인 바카라 변조 도핑

오늘 공동 연구 그룹이 개발 한 방법은 온라인 바카라 요소 인 크롬 (CR)을 토폴로지 절연체에 첨가 할 때 표면 근처의 CR의 농도가 증가 할 수 있도록 박막 성장 방향으로 첨가 된 CR의 양을 조절하는 것입니다 이것은 고품질 온라인 바카라 토폴로지 절연체의 생산을 허용합니다[참조로 돌아 가기]

[5] 양자 비정상 홀 효과

전자와 같은 하전 입자가 온라인 바카라장에서 움직일 때, 하전 입자의 움직임은 Lorentz 힘에 의해 구부러집니다 재료에서, 전류가 통과 될 때, 전자는 구부러져 전류의 수직 방향으로 전압이 발생한다 이 현상은 "홀 효과"라고하며, 얻은 전압 값을 통과하는 현재 값으로 나눈 값을 "홀 저항"이라고합니다 재료가 온라인 바카라 재료 인 경우, 재료의 자화로 인해 전자의 움직임이 구부러 지므로 홀 효과는 외부 온라인 바카라장 없이도 발생합니다 이것을 "비정상 홀 효과"라고합니다 양자 비정상 홀 효과에서 홀 저항은 양자화됩니다 (약 258 kΩ =H/E²；hPlanck Constant,e전기 에너지의 양) 현재, 전류는 에너지 손실없이 샘플의 끝에서 흐릅니다[참조로 돌아 가기]

[6] 분자 빔 에피 탁시

고품질 박막을 재배하는 한 가지 방법 초고 진공 청소기 (최대 10^-7Pascal, PA)에서 가열되고 증발되고, 결정은 기질상에서 성장된다[참조로 돌아 가기]

[7] 거대한 자석성 효과 (GMR) 요소

강자성 박막과 비자 성 박막으로 만들어진 다층 필름, 그리고 외부 온라인 바카라장에 의해 서로의 강자성 자화의 방향이 평행하고 반 알리 럴로 변경 될 때 저항 값이 극적으로 변할 때, "거대한 자석성 효과"라고 ​​불립니다 이것은 장치로 변환 될 수 있으며 외부 온라인 바카라장의 방향은 장치를 통해 흐르는 전류의 용이성에서 읽을 수 있습니다 GMR은 거대한 온라인 바카라 저항 효과를 나타냅니다[참조로 돌아 가기]

참고) M Mogi, R Yoshimi, A Tsukazaki, K Yasuda, Y Kozuka, K S Takahashi, M Kawasaki 및 Y Tokura, "고온 양자적 홀 효과를 향한 토폴로 컬러 인상의 온라인 바카라 변조",Appl Physlett 107, 182401 (2015).[참조로 돌아 가기]