磁性トポロジカル結晶絶縁体における表面状態の輸送の観測~2つのディラック表面状態が競合するホール効果~

2026-02-10 東京科学大学

東京科学大学と物質・材料研究機構の共同研究チームは、表面状態のみに電流が流れる理想的な磁性トポロジカル結晶絶縁体の作製に成功し、その輸送特性を実験的に観測した。スズテルル(SnTe)薄膜をビスマステルル(Bi₂Te₃)基板上に成長させ、マンガン(Mn)とテルル(Te)を添加することで、高いバルク絶縁性と強磁性を同時に実現した。電子状態測定と輸送測定から、SnTe特有の2つのディラック表面状態(電子的・ホール的)が競合するホール効果を世界で初めて確認した。これは、高チャーン数の量子異常ホール効果の実現可能性を実証する重要な成果であり、チャーン数制御型トポロジカルデバイス開発への道を開くものである。本研究は Physical Review Letters に掲載された。

磁性トポロジカル結晶絶縁体における表面状態の輸送の観測~2つのディラック表面状態が競合するホール効果~
研究の概要を表した模式図

<関連情報>

バルク絶縁性強磁性トポロジカル結晶絶縁体の実現とそのマルチキャリア表面ディラックコーン輸送 Realization of a Bulk-Insulating Ferromagnetic Topological Crystalline Insulator and Its Multicarrier Surface Dirac-Cone Transport

Yoshihiro Fukushima, Satoru Ichinkura, Taisuke Sasaki, and Toru Hirahara
Physical Review Letters  Published: 9 February, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/wrpq-17h9

Abstract

We succeeded in fabricating an ideal, bulk-insulating ferromagnetic topological crystalline insulator by doping Mn to SnTe films grown on Bi2⁢Te3. The cancellation of the polarity of SnTe surface and electron doping due to Bi and Mn leads to an ideal case where only the electron and holes of topological surface Dirac carriers exist at the Fermi level in different region of the surface Brillouin zone and their competition results in a nonlinear Hall effect. Ferromagnetism has been confirmed at 3.5 K through the detection of the anomalous Hall effect. These properties can potentially serve to realize and manipulate the high-Chern number quantum anomalous Hall effect.

0703金属材料
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