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原子層の積み木細工によるトポロジカル物質設計東京大学,東京工業大学,理化学研究所,大阪大学,産業技術総合研究所,科学技術振興機構

 東京大学,東京工業大学,理化学研究所,大阪大学,産業技術総合研究所,科学技術振興機構の研究グループは,擬一次元積層物質における高次トポロジカル絶縁体の実現を,ビスマス臭化物Bi₄Br₄(Bi:ビスマス,Br:臭素)を用いた実験から明らかにした。
 高次トポロジカル絶縁体は,近年その存在が理論的に予想された新しい量子相である。これまで3次元結晶での実現は確認されておらず,実験によるその検証が待ち望まれていた。今回,本研究グループは,その実現に向け,トポロジカル原子層を自在に組み換えられる擬1次元ビスマスハライドBi₄X₄(X:ヨウ素(I)または臭素(Br))に着目し,その積層の取り方によってさまざまなトポロジカル量子相を実現できる物質設計指針を提案した。その中でも特徴的な積み木構造を有するBi₄Br₄に対して,角度分解光電子分光法を用いた電子状態の直接観測を行った結果,この物質が高次トポロジカル絶縁体であることを実証した。高次トポロジカル絶縁体では,結晶の特定の稜線(ヒンジ)に沿って,無散逸となる理想的な1次元スピン流が安定して流れるため,本研究によって,高次トポロジカル絶縁体を利用した省電力スピン流デバイスや量子計算デバイスへの応用の道が拓かれた。

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