ポイント
- 結晶ではホットな研究テーマであるバンドトポロジーについて、これまで研究の対象外であったアモルファスでの評価に取り組みました。
- 鉄（Ｆｅ）とスズ（Ｓｎ）のアモルファス薄膜でも結晶と同等の巨大な異常ホール効果および異常ネルンスト効果を観測し、その機構としてトポロジカルな電子状態の寄与を初めて解明しました。
- アモルファスベースの高性能磁気センサーや熱流センサーの実現に向けての前進が期待されます。
近年トポロジー（数学の分野である位相幾何学）の観点から固体の物性を理解し、素子に応用しようとするトポロジカル物質科学が注目を集めています。トポロジカルな物性の発現には、結晶中の周期的な原子の並びによる長距離の結晶秩序と、それと表裏一体の電子のバンド構造が重要と考えられています。これに対し、原子の周期性が短距離にしか存在しないアモルファス状態は、トポロジカル物質の際立った物性を引き出すことに不向きと考えられていました。
東北大学 金属材料研究所の藤原 宏平 准教授と塚﨑 敦 教授、東京大学 大学院工学系研究科の加藤 康之 講師と求 幸年 教授、高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所の阿部 仁 准教授らの研究グループは、鉄とスズのアモルファス薄膜を用いた実験とモデル計算で、主に結晶で議論されてきたバンドトポロジーの概念が、各種応用に適したアモルファス状態でも有効であることを初めて明らかにしました。本研究ではアモルファス薄膜中のごく短距離の原子の秩序が寄与することで、結晶と同等の巨大な異常ホール効果および異常ネルンスト効果が生じることを実証することに成功しました。
この成果はトポロジカル物質の枠組みを大きく広げるだけでなく、結晶よりも安価に作製できるアモルファス薄膜を活用した素子の開発にも貢献し、ひいてはモノのインターネット（ＩｏＴ）の実現に向けたセンシング技術の高度化にも寄与すると期待されます。
本研究成果は、２０２３年６月１３日（英国夏時間）に、科学誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」オンライン版に掲載されます。
本研究は、ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ「トポロジカル機能界面の創出」（研究代表者：塚﨑 敦、課題番号：ＪＰＭＪＣＲ１８Ｔ２）、熱・電気エネルギー技術財団 研究助成（研究代表者：藤原 宏平）、東北大学 金属材料研究所 国際共同利用・共同研究拠点（課題番号：２０２０１２－ＣＲＫＥＱ－０４１０、２０２１１２－ＣＲＫＥＱ－０４１３）、高エネルギー加速器研究機構 共同利用（課題番号：２０２１Ｓ２－００２、２０２１Ｖ００６、２０２２Ｇ６７４）からの支援を受けて実施されました。
＜プレスリリース資料＞
- 本文 ＰＤＦ（６１２ＫＢ）
＜論文タイトル＞
- “Berry curvature contributions of kagome-lattice fragments in amorphous Fe–Sn thin films”
- ＤＯＩ：10.1038/s41467-023-39112-1
＜お問い合わせ先＞
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＜研究に関すること＞
藤原 宏平（フジワラ コウヘイ）
東北大学 金属材料研究所 低温物理学研究部門 准教授
Tel：022-215-2088
E-mail：kohei.fujiwara
tohoku.ac.jp塚﨑 敦（ツカザキ アツシ）
東北大学 金属材料研究所 低温物理学研究部門 教授
Tel：022-215-2085
E-mail：tsukazakitohoku.ac.jp -
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
安藤 裕輔（アンドウ ユウスケ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
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＜報道担当＞
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