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理工学部?电気电子工学科（大学院?机能物质创成コース）?春山純志研究室が、原子層半導体へのレーザー光照射による二次元トポロジカル物質の創製に世界で初めて成功しました。
トポロジカル物质は従来物质（金属や半导体など）の枠に入らない新奇物质として2016年にノーベル物理学赏を受赏しており、その３次元构造での研究は活発です。物质内部はスピン轨道相互作用によりエネルギーギャップが开き絶縁体になっていますが、表面ではこのギャップが闭じ金属的伝导が発生します。しかもこの表面を流れる伝导电子スピンはトポロジカルに保护され、物质固有の散乱要因（欠陥や不纯物）の影响を受けず一定の抵抗値(量子抵抗25.8碍Ω)を持つため、量子コンピュータなど次世代デバイス创製のキーファクターとして注目を集めています。
一方で低次元トポロジカル物质の研究例はそれほど多くなく、半导体量子井戸が中心でした。二次元トポロジカル物质では、试料中央部は絶縁体ですが试料端（エッジ）は金属伝导を持ち、保护された反平行の自転モーメントを持つ２つの电子スピンが、この一次元エッジ経路に沿って反対向きに走行します。ここ数年原子层半导体物质が二次元トポロジカル絶縁体になる可能性が报告され、话题を集めていました。しかしながらその作製法は极めて复雑で制御性の悪いものでした。今回春山研究室は、原子数层からなる半导体?二硫化モリブデンにレーザー光を照射するだけで、照射部がこの二次元トポロジカル相へ転移することを発见しました。
今回の発见は、レーザー光照射で発生する热が层面内を素早く一様に伝搬することで半导体相がトポロジカル相に転移することを発见したもので、半导体との界面の照射部エッジに沿って流れる电子スピンが量子抵抗値を创出することを世界で初めて検出し、さらにその磁场?温度依存性、走査型トンネル分光、理论计算などから、これを里付けました。
これにより原子层半导体物质上へレーザー光照射で自在にトポロジカル相をパターニングすることが可能になり、エッジスピン流を活用した次世代电子スピン素子?回路の创製が大いに期待されます。
本研究は、東京大学?物性研究所?勝本信吾研究室、同?機械工学専攻?丸山茂夫研究室、テキサス大学、マドリード自治大学、ピサ大学、との共同研究で、2019年10月2日付けで、アメリカ物理学会誌?Physical Review Letters(DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.146803)に掲載されました。

＜発表のポイント＞
〇原子数层の薄さの半导体をセロテープによる机械剥离で作成し、それにレーザー光照射するだけで照射部が二次元トポロジカル転移になることを発见。
〇半导体との界面の照射部エッジに沿って流れる电子スピンが、一定の电気抵抗値(量子抵抗値)を创出することを世界で初めて検出。
〇磁场?温度依存性、走査型トンネル分光、理论计算などから、この结果を証明。
〇原子层半导体上へレーザー光照射のみで自在にトポロジカル相をパターニングすることを可能にし、次世代电子スピン素子?回路の创製に期待。


▼研究に関する问い合わせ先
　青山学院大学理工学部　春山纯志研究室
　e-mail: J-haru@ee.aoyama.ac.jp
　URL: http://www.ee.aoyama.ac.jp/haru-lab/

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