プレスリリース

2020.05.19

電荷密度波で電子構造の「ねじれ」をスイッチする ~トポロジカル状態の高速制御に向けた新しい指針を開拓~ : 物理工学専攻 三石 夏樹(D3)、量子相エレクトロニクス研究センター 石坂香子教授ら

東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻の三石夏樹大学院生、同研究科附属量子相エレクトロニクス研究センターの石坂香子教授らの研究グループは、同研究科物理工学専攻のMohamed Saeed Bahramy主幹研究員、求幸年教授らの研究グループ、高エネルギー加速器研究機構の組頭広志教授らの研究グループ、広島大学放射光科学研究センターの奥田太一教授らの研究グループ、大阪大学大学院基礎工学研究科物質創成専攻の石渡晋太郎教授らのグループと共同で、VTe2(V:バナジウム、Te:テルル)の電子構造を実験・理論の両面から解明し、電荷密度波の形成とともにトポロジカルな性質が変化する現象を発見しました。

 近年、数学におけるトポロジー(位相幾何学)の概念を物質中の電子構造に適用することで分類される「トポロジカル物質」への関心が高まっています。トポロジカル物質においては、固体内部とは異なる特殊な電子状態が表面に存在し、これによって新しい電気的・磁気的特性が出現します。このようなトポロジカル物質を実現するには、固体中の電子構造が真空とは異なるトポロジー、すなわちメビウスの輪のような「ねじれ(バンド反転と呼ばれる)」を持つことが重要です。このような「ねじれ」は通常、物質の構成元素を変えたり強い圧力や歪みを加えたりすることで作ることができますが、このON/OFFを超高速で切り替えるためには、電場や光などを用いた制御が求められます。

 本研究グループは、遷移金属カルコゲナイドの一種であるVTe2を対象とし、スピン分解・角度分解光電子分光法と第一原理計算を用いて、固体内部や表面における電子構造を詳細に調べました。その結果、電荷密度波が形成されると固体内部の電子構造が大きく変化し、それに伴ってトポロジカルな表面状態が一部消失することが明らかとなりました。今回の発見は電荷密度波とトポロジカルな性質を合わせ持つ新しいタイプのトポロジカル物質の開発へ新たな指針を提唱するとともに、今後のトポロジカル物性制御に向けた前進に貢献することが期待されます。

 本研究成果は、英国科学誌「Nature Communications」に日本時間5月18日(英国夏時間5月18日)に掲載されました。

 本研究の一部は、日本学術振興会 科学研究費(JP17H01195, JP19H05826)、科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業(JPMJCR16F1, JPMJCR16F2)などの支援を受けて行われました。

プレスリリース本文:/shared/press/data/setnws_202005191140261595066034_795891.pdf

Nature Communications:https://www.nature.com/articles/s41467-020-16290-w

広島大学:https://www.hiroshima-u.ac.jp/news/57993

日本経済新聞:https://www.nikkei.com/article/DGXLRSP534118_Y0A510C2000000/