課題番号 ：S-16-MS-0006
利用形態 ：共同研究
利用課題名（日本語） ：ディラック電子系分子性導体への静電キャリア注入を目的とした電界効果トランジスタの作製および物性評価
Program Title (English) ：Fabrication and transport measurement of field-effect-transistor aiming at electrostatic carrier injection into a molecular conductor containing Dirac-fermions
利用者名（日本語） ：田嶋尚也
Username（English） ：Naoya Tajima
所属名（日本語） ：東邦大学
Affliation（English） ：Toho Univ.

１．概要（Summary ）
高圧力下にある2次元層状構造の有機導体-(BEDT-TTF)2I3は世界で最初にバルク（多層構造）で実現した2次元ゼロギャップ電気伝導体である。最近、貴施設の優れた試料・デバイス作製環境を使用し、この系特有のランダウ準位構造に起因した量子磁気抵抗振動や量子ホール効果の観測に成功した。わずかに負に帯電したPEN（Polyethylene Naphthalate）基板に試料を固定しただけで、接触帯電法で正孔を注入することに成功したのである。
本研究では、この系の電子相関効果による分数量子ホール効果の実現に向けて、ランダウ準位のバレー分裂効果を調べた。

２．実験（Experimental）
有機デバイス作製用クリーンルームにおいて薄膜単結晶成長用電気分解セルを用いた結晶成長を行った。薄膜成長した-(BEDT-TTF)2I3のサンプルを基板へ搭載し、デバイスを作製した。
このデバイスに対して装置開発室の段差計とAFMにて表面評価を行い、東邦大学で輸送特性の測定を行った。

３．結果と考察（Results and Discussion）
PENデバイスの輸送現象を0.5 Kまでの低温、14 Tまでの磁場下で測定した。以下が主な成果である。
(1) 0.5Kの低温、約10Tの磁場下でN=-1ランダウ準位のバレー分裂を検出した。面白いことに、このバレー分裂は、面内電場の強度とその方向で制御できることが分かった。-(BEDT-TTF)2I3は2対の傾いたディラックコーンをもつが、強電場でディラックコーンの傾きを制御できるのである。
(2) さらに、この系の量子磁気抵抗振動の磁場方位依存性を調べた。ある磁場方位において、ゼーマン分裂したそれぞれのランダウ準位が交差するが、重要な発見はその交差付近でベリー位相がπから0へ突然変化することである。そこでは、この系の特徴の1つである「半整数量子ホール効果」から「整数量子ホール効果」へ切り替わるのである。

図1: 2次元面からの磁場角度 = 0と60°におけるホール伝導度

４．その他・特記事項（Others）
なし。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) 田嶋尚也, 物性研短期研究会「パイ電子系物性科学の最前線」, 2016年8月9日.
(2) 秋田百合香, 林頌也, 小川健太郎, 田嶋尚也, 川椙義高, 須田理行, 山本浩史, 加藤礼三, 西尾豊, 梶田晃示, 日本物理学会2016年秋季次大会, 2016年9月14日.
(3) 田嶋尚也, 秋田百合香, 林頌也, 小川健太郎, 川椙義高, 須田理行, 山本浩史, 加藤礼三, 西尾豊, 梶田晃示, 日本物理学会2016年秋季次大会, 2016年9月14日.
(4) 小川健太郎, 林頌也, 秋田百合香, 田嶋尚也, 川椙義高, 須田理行, 山本浩史, 加藤礼三, 西尾豊, 梶田晃示, 日本物理学会2016年秋季次大会, 2016年9月14日.
(5) 林頌也, 小川健太郎, 秋田百合香, 田嶋尚也, 川椙義高, 須田理行, 山本浩史, 加藤礼三, 西尾豊, 梶田晃示, 日本物理学会2016年秋季次大会, 2016年9月14日.
(6) 田嶋尚也, Workshop on Material Science Under-High Pressure MATSUYAMA 2017, 2017年3月3日.
(7) 小川健太郎, 林頌也, 秋田百合香, 田嶋尚也, 川椙義高, 須田理行, 山本浩史, 加藤礼三, 西尾豊, 梶田晃示, 日本物理学会第72回年次大会, 2017年3月17日.
(8) 秋田百合香, 坪井瑛里紗, 林頌也, 小川健太郎, 田嶋尚也, 川椙義高, 須田理行, 山本浩史, 加藤礼三, 西尾豊, 梶田晃示, 日本物理学会第72回年次大会
2017年3月17日.
(9) 林頌也, 小川健太郎, 秋田百合香, 田嶋尚也, 川椙義高, 須田理行, 山本浩史, 加藤礼三, 西尾豊, 梶田晃示, 日本物理学会第72回年次大会, 2017年3月17日.

６．関連特許（Patent）
なし。