課題番号 ：S-16-MS-0007
利用形態 ：共同研究
利用課題名（日本語） ：分子性ディラック電子系デバイスの表面評価
Program Title (English) ：Surface in molecular Dirac fermions devices
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 ）
我々は高圧力下にある2次元層状構造の有機導体-(BEDT-TTF)2I3がゼロギャップ電子系であることを発見した。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、この系へのキャリア注入に成功し、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を観測した。しかし、キャリア注入は主に試料の1層だけであり、殆どの層には注入されていない。従って、この系への注入効果、量子輸送現象を厳密に議論するには試料厚みを正確に測定する必要がある。

２．実験（Experimental）
電気分解法により厚さ100~200 nm程度の分子性導体: -(BEDTT-TTF)2I3の薄片単結晶を合成する。得られた単結晶を基板電極に張り付けることで、分子性導体をチャネル層としたトランジスタ構造を作製した。
作製したデバイスは量子輸送現象を詳細に解析することを目的に装置開発室にある段差計とAFMにて薄片試料の厚みおよび、表面評価を行った。

３．結果と考察（Results and Discussion）
作製した試料表面上に見られる段差をAFMで調べたところ、1層（BEDT-TTF分子の長さ）程度であり、表面は比較的なめらかであることが分かった。そのようなデバイスについて、低温で量子輸送現象を調べ、明瞭な整数量子ホール効果を観測できた。さらには、この系の量子磁気抵抗振動の磁場方位依存性を調べたところ、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ことを見出した。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」へ切り替わることを発見した。

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。