【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2024.05.15】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22AT5020

利用課題名 / Title

陽電子消滅法を用いたトポロジカル物質の結晶欠陥評価に関する研究

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所 / AIST

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed

キーワード / Keywords

結晶欠陥、陽電子,トポロジカル量子物質/ Topological quantum matter

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

河裾 厚男

所属名 / Affiliation

量子科学技術研究開発機構

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

満汐 孝治,大島 永康

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AT-501：陽電子プローブマイクロアナライザー(PPMA)

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

近年、相対論的方程式に擬えられる電子状態を持つとされるトポロジカル物質に注目が集まっている。多くのトポロジカル物質は多元合金であるため、化学量論組成からのズレや不規則性そして構造空孔の内包といった結晶欠陥が重要となっている。本研究課題では、産総研が開発した陽電子プローブマイクロアナライザー法を用いることで、トポロジカル物質が内包する空孔型欠陥の解析を行う。今回は、ワイル半金属と考えられるTaAsを取り挙げた。

実験 / Experimental

試料は、化学蒸気輸送法で作製したTaAs単結晶である。この試料に対して、電子顕微鏡観察、X線構造解析、ICP分析、電気測定を行うとともに、産総研において陽電子プローブマイクロアナライザー(PPMA)法による陽電子消滅寿命測定を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

事前に行った電子顕微鏡観察・エネルギー分散型X線分析は、明瞭な格子像と回折図形、及び、均一な元素分布を示した。X線構造解析においても、各面方位からのTaAs結晶構造に伴う強い基本反射が観察され、析出異相などの内包も極僅かであった。ただし、ICP元素分析では、Asが最大9％欠乏していることが判明した。以上から、得られたTaAsは結晶構造を保ちつつ、余剰のTaがアンチサイト欠陥となるか、As空孔が導入されていることが推測された。一方、電気測定では、極低温域において10⁶ cm²/V/sに迫るキャリア移動度と2万%を超える巨大な横磁気抵抗効果が得られた。しかし、ワイル半金属の特徴とされる負の縦磁気抵抗効果は、現在までのところ観測されていない。
図1に示すように、PPMA測定で得られた陽電子消滅寿命スペクトルは、完全結晶の理論スペクトルよりも明らかに長いことが判明した。これは、空孔型欠陥の内包を示している。ただし、その濃度は10 ppm程度以下と評価される。つまり、ICP分析で得られた大幅なAs欠乏状態はAs空孔の生成で補償されているものではなく、余剰のTaアンチサイトの生成によるものと推測される。この結果から、今後、Taアンチサイトの電気特性に与える影響を調べることが重要と考えられた。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1 TaAs単結晶に対する陽電子消滅寿命スペクトル(白丸)と各種の解析結果(実線、破線)。

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. A. Kawasuso, Robustness of semimetallic transport properties of TaAs against off-stoichiometric disorder, Journal of Applied Physics, 133, (2023).
   DOI: 10.1063/5.0147663
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 河裾厚男、鈴木智広、山本春也、宮下敦巳、 前川雅樹、村川寛、満汐孝治、大島永康、関修平、崔旭鎮, 日本物理学会2022年秋季大会, 令和4年9月14日.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件