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トポロジカル絶縁体の表面における整数量子ホール効果のイメージ。 質量がほぼゼロの電子が試料の端を散乱なく流れる。
© 2015 Ryutaro Yoshimi.

トポロジカル絶縁体は、内部は电流を流さない絶縁体状态ですが、表面は电流を流す金属状态という特殊な物质です。表面の金属状态は、ディラック电子とよばれる质量を持たない电子が存在するディラック状态を示します。トポロジカル絶縁体はエネルギーをほとんど使わずに电気を流すことから、低消费电力素子への応用に向け研究が活発化しています。しかし、実际のトポロジカル絶縁体の内部では、结晶の欠陥などによってわずかに电流が流れてしまい、表面のディラック状态だけの纯粋な电気伝导を取り出すことはこれまで难しいとされていました。

今回、東京大学大学院工学系研究科の十倉好紀教授、川﨑雅司教授らの 共同研究グループは、トポロジカル絶縁体の1つ「(Bi_0.12Sb_0.88)₂Te₃」（叠颈：ビスマス、厂产：アンチモン、罢别：テルル）の高品质な薄膜の作製手法を确立し、ほとんど结晶欠陥のない（内部に电流が流れることがない）薄膜の作製に成功しました。これを用いて电界効果型トランジスタ构造を作製し、试料内部の电子数を少しずつ変化させながらホール抵抗を测定したところ、ホール抵抗が量子化抵抗値（约25.8キロオーム）で一定となり、试料が整数量子ホール状态になっていることを确认しました。

これは、表面のディラック状態だけの純粋な電気伝導を取り出すことに成功したことを示すものです。 この成果は、高速で低消費電力の素子への応用が期待されます。

论文情报

R. Yoshimi, A. Tsukazaki, Y. Kozuka, J. Falson, K. S. Takahashi, J. G. Checkelsky, N. Nagaosa, M. Kawasaki and Y. Tokura, "Quantum Hall effect on top and bottom surface states of topological insulator (Bi_1－虫Sb_x)₂Te₃ films", Nature Communications Online Edition: 2015/4/14 (Japan time), doi:10.1038/ncomms7627.
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