課題番号 ：S-16-MS-2017
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：磁性絶縁体/トポロジカル絶縁体ヘテロ構造の磁化特性
Program Title (English) ：Magnetic properties of a magnetic insulator/topological insulator
heterostructure
利用者名（日本語） ：中西亮介1), 奥山裕磨2), 秋山了太1), 高木康多3), 横山利彦3), 長谷川修司1),
平原 徹2)
Username (English) ：R. Nakanishi1), Y. Okuyama2), R. Akiyama1), Y. Takagi3), T. Yokoyama3),
S.Hasegawa1), T. Hirahara2)
所属名（日本語） ：1) 東京大学大学院理学系研究科, 2) 東京工業大学理学院, 3) 分子科学研究所Affiliation (English) ：1) University of Tokyo, 2) Tokyo Institute of Technology, 3) Institute for
Molecular Sciences

１．概要（Summary ）
2008年のBi1-xSbxにおけるトポロジカル絶縁体の実験的発見以来、世界中でこの分野の研究が爆発的に行われてきた。これまで申請者はトポロジカル絶縁体と磁性絶縁体のヘテロ接合(Bi2Se3/MnBi2Se4)において表面ディラックコーン(DC)にギャップが生じることを確認した。これはこの系の時間反転対称性が破れていることを間接的に示唆していたが、本研究ではこのヘテロ構造の磁化特性XMCDを用いて評価した。その結果、予想通りこのヘテロ構造が強磁性の性質を持つことを実証することができた。

２．実験（Experimental）
使用機器：分子科学研究所UVSOR BL-4B

実験計画：まず別な超高真空槽でヘテロ構造を作製し、大気に取り出した際に汚染されないようにSeでキャッピングを行った。そしてBL-4Bの超高真空槽にこれを持ち込み、240℃で加熱することでこのキャップ層を取り除いた。LEED観察の結果、明瞭なスポットが見られ、結晶性の高いものが維持されていることが確認できた。この試料を7.2 Kまで冷却し±5Tの磁場印加時と、磁場を切った場合のX線内殻磁気円二色性(XMCD)スペクトルをMnのL吸収端において、X線と試料の垂直方向が90°と55°の二通りの場合に測定した。

３．結果と考察（Results and Discussion）
±5Tの磁場を印加した際は、明瞭なXMCDスペクトルが観測された。総和則を用いた解析によりMn原子のスピン磁気モーメントは1.99μBと計算された。これは理論計算よりも小さく、5Tでもスピンが飽和していないことを意味している。一方磁場を印加しなかった場合も弱いながらにL3端にピーク構造が見られ、ヘテロ接合が強磁性体であることが確認できた。

４．その他・特記事項（Others）
なし

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) 中西亮介, 秋山了太, 奥山裕磨, 高木康多, S. V. Eremeev, E. V. Chulkov, 横山利彦, 長谷川修司, 平原徹, “トポロジカル絶縁体/磁性絶縁体超薄膜ヘテロ接合II：磁化特性”, 日本物理学会 第72回年次大会　2017年3月18日
(2) T. Hirahara, S. V. Eremeev, T. Shirasawa, Y. Okuyama, T. Kubo, R. Nakanishi, R. Akiyama, A. Takayama, T. Hajiri, S. Ideta, M. Matsunami, K. Sumida, K. Miyamoto, Y. Takagi, K. Tanaka, T. Okuda, T.Yokoyama, S. Kimura, S. Hasegawa, and E. V. Chulkov: A self-assembled magnetic heterostructure for high-temperature quantum anomalous Hall effect
submitted to Nano Letters.

６．関連特許（Patent）
なし