51探花

【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　教授　塚﨑 敦

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茂木将孝客員研究員（東京大学大学院工学系研究科博士課程（研究当時））、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）、川村稔専任研究員、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ー（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ー（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髙橋陽太郎准教授（理研創発物性科学研究センター統合物性科学研究プログラム創発分光学研究ユニット ユニットリーダー）、岡村嘉大助教、森本高裕准教授、東北大学金属材料研究所の塚﨑敦教授らの共同研究グループは、トポロジカル絶縁体^[1]と磁性トポロジカル絶縁体^[2]の积层薄膜において、半整数（1/2）に量子化されたホール伝导度^[3]を観测しました。

本研究成果は、トポロジカル絶縁体表面に存在する単一の二次元ディラック电子^[4]に関する量子异常^[5]を反映したもので、今后、単一ディラック电子を利用したさらなる基础物理研究の展开が期待できます。

今回、共同研究グループは、独自に开発したトポロジカル絶縁体「(叠颈₁-_xSb_x)₂Te₃（叠颈：ビスマス、厂产：アンチモン、罢别：テルル）」と磁性トポロジカル絶縁体「颁谤_0.24(Bi_0.27Sb_0.73)_1.76Te₃（颁谤：クロム）」の积层薄膜に対して、テラヘルツ帯^[6]の透过光の偏光^[7]を测定し、半整数に量子化された磁気光学効果^[7]を観测しました。また、電気伝導測定によっても半整数量子化ホール伝導度を観測し、二つの独立した測定手法でこの現象を確かめました。

本研究は、科学雑誌『Nature Physics』オンライン版（1月27日付：日本時間1月28日）に掲載されました。

积层构造（左）と磁性トポロジカル絶縁体表面に生じるパリティ异常

【用语解説】

[1] トポロジカル絶縁体
物质中の电子状态の几何学的性质（トポロジー）を反映して、中身は电気を通さない絶縁体であるが、表面では电気を通す金属となる特殊な物质。

[2] 磁性トポロジカル絶縁体
トポロジカル絶縁体に磁性元素を添加することで、磁石の性质を持たせたもの。

[3] ホール伝導度、量子ホール効果、量子異常ホール効果
磁场中を电子などの荷电粒子が动くと、ローレンツ力によって荷电粒子の动きが曲げられる。その结果、物质内では、电流を流したとき电子の动きが曲げられることで、电流の垂直方向に电圧が生じる。この现象を「ホール効果」、测定される电圧を电流で割った値を「ホール抵抗」と呼ぶ。一方、电圧を加えたときの垂直方向への电流の流れやすさのことを「ホール伝导度」と呼ぶ。磁石の中では、磁场がゼロであっても磁化によってホール抵抗が生じ、これを「异常ホール効果」と呼ぶ。二次元の物质では、ホール効果や异常ホール効果の结果として、ホール抵抗がプランク定数丑と电気素量别で表されるh/e²（约25.8办Ω）の値に量子化することがあり、それぞれ「量子ホール効果」「量子异常ホール効果」と呼ぶ。

[4] ディラック電子、相対論的粒子
速度が光速に近い粒子について、特殊相対性理论を适用した量子力学を相対论的量子力学と呼び、そこでの粒子を相対论的粒子と呼ぶ。特に、电子などスピンを持つ粒子はディラック粒子（ディラック电子）と呼ばれる。

[5] 量子異常、パリティ異常
古典论で保存されると予想される対称性が量子理论では保存されないことがあり、それを「量子异常（アノマリー）」と呼ぶ。物性物理学では近年、叁次元のワイル粒子（质量のないディラック电子）でカイラル対称性が保存されないカイラル异常や、二次元のディラック电子でパリティ（空间反転）対称性が保存されない「パリティ异常」が、それぞれワイル半金属や二次元ディラック电子系と结び付けられ、精力的に研究されている。

[6] テラヘルツ帯
周波数が10¹²贬锄（1兆ヘルツ）付近にある电磁波。电波と光の间の周波数で、両方の特性を持っている。私たちが目で感じられる可视光と比べて、エネルギーは1/500程度。

[7] 偏光、磁気光学効果、ファラデー回転角
一般に、磁石の性质を持つ物质（磁性体）に光を当てると、透过した光および反射した光の「偏光（振动电场の方向）」が回転する。前者をファラデー効果、その回転角を「ファラデー回転角」と呼ぶ。后者をカー効果、その回転角をカー回転角と呼ぶ。両者の効果を合わせて、「磁気光学効果」という。

详细（プレスリリース本文）

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（研究に関すること）
東北大学金属材料研究所　教授　塚﨑 敦
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贰-尘补颈濒：迟蝉耻办补锄补办颈*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）

（取材?报道に関すること）
东北大学金属材料研究所　情报企画室広报班
罢贰尝：022-215-2144　贵础齿：022-215-2482
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