理化学研究所,東京大学,東北大学 金属材料研究所,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

令和４年１月２８日

理化学研究所
東京大学
東北大学 金属材料研究所
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

２次元ディラック電子の量子異常を実証

～トポロジカル絶縁体表面での半整数量子ホール効果を観測～

理化学研究所（理研） 創発物性科学研究センター 強相関量子伝導研究チームの茂木 将孝 客員研究員（東京大学 大学院工学系研究科 博士課程（研究当時））、十倉 好紀 チームリーダー（東京大学 卓越教授／東京大学 国際高等研究所 東京カレッジ）、川村 稔 専任研究員、強相関界面研究グループの川﨑 雅司 グループディレクター（東京大学 大学院工学系研究科 教授）、強相関理論研究グループの永長 直人 グループディレクター（東京大学 大学院工学系研究科 教授）、東京大学 大学院工学系研究科の髙橋 陽太郎 准教授（理研 創発物性科学研究センター 統合物性科学研究プログラム 創発分光学研究ユニット ユニットリーダー）、岡村 嘉大 助教、森本 高裕 准教授、東北大学 金属材料研究所の塚﨑 敦教 授らの共同研究グループは、トポロジカル絶縁体と磁性トポロジカル絶縁体の積層薄膜において、半整数（１／２）に量子化されたホール伝導度を観測しました。

本研究成果は、トポロジカル絶縁体表面に存在する単一の２次元ディラック電子に関する量子異常を反映したもので、今後、単一ディラック電子を利用したさらなる基礎物理研究の展開が期待できます。

今回、共同研究グループは、独自に開発したトポロジカル絶縁体「（Ｂｉ１－ｘＳｂｘ）２Ｔｅ３（Ｂｉ：ビスマス、Ｓｂ：アンチモン、Ｔｅ：テルル）」と磁性トポロジカル絶縁体「Ｃｒ０．２４（Ｂｉ０．２７Ｓｂ０．７３）１．７６Ｔｅ３（Ｃｒ：クロム）」の積層薄膜に対して、テラヘルツ帯の透過光の偏光を測定し、半整数に量子化された磁気光学効果を観測しました。また、電気伝導測定によっても半整数量子化ホール伝導度を観測し、２つの独立した測定手法でこの現象を確かめました。

本研究は、科学雑誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ」オンライン版（２０２２年１月２７日付：日本時間１月２８日）に掲載されます。

本研究は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ「トポロジカル絶縁体ヘテロ接合による量子技術の基盤創成（研究代表者：川﨑 雅司）」「ナノスピン構造を用いた電子量子位相制御（研究代表者：永長 直人）」などによる支援を受けて行われました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Experimental signature of the parity anomaly in a semi-magnetic topological insulator”
ＤＯＩ：10.1038/s41567-021-01490-y

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Experimental signature of the parity anomaly in a semi-magnetic topological insulator”

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