東大と理研、整流特性の新原理を発見
発表日:2017年3月7日
整流特性の新原理を発見
―エキゾチックな結晶における新機能の開拓―
1.発表者:
井手上敏也（東京大学大学院工学系研究科附属量子相エレクトロニクス研究センター 助教）
濱本 敬大（東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻 博士課程1年）
越川 翔太（東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻 修士課程1年）
江澤 雅彦（東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻 講師）
清水 直（理化学研究所 創発物性科学研究センター 創発デバイス研究チーム 研究員）
金子 良夫（理化学研究所 創発物性科学研究センター 強相関物性研究グループ 上級技師）
十倉 好紀（理化学研究所 創発物性科学研究センター センター長/東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻 教授）
永長 直人（理化学研究所 創発物性科学研究センター 副センター長/東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻 教授）
岩佐 義宏（東京大学大学院工学系研究科附属量子相エレクトロニクス研究センター、同研究科物理工学専攻 教授/理化学研究所 創発物性科学研究センター 創発デバイス研究チーム チームリーダー）
2.発表のポイント:
◆従来のpn接合（注1）に由来する機構とは異なる、新しい原理の整流特性（注2）を発見。
◆結晶の空間反転対称性の破れに特有の整流特性であり、微視的機構を解明。
◆本研究成果が、エキゾチックな結晶における上記の新機能を開拓し、一般の空間反転対称性の破れた結晶における非線形電気伝導研究という新たな学術分野を切り開くことに期待。
3.発表概要:
東京大学大学院工学系研究科の井手上敏也助教、同研究科物理工学専攻の濱本敬大大学院生、越川翔太大学院生、同研究科の岩佐義宏教授（理化学研究所 創発物性科学研究センターチームリーダー兼任）、永長直人教授（理化学研究所 創発物性科学研究センター副センター長兼任）、十倉好紀教授（理化学研究所 創発物性科学研究センターセンター長兼任）らの研究グループは空間反転対称性の破れた三次元層状化合物であるBiTeBr（Bi:ビスマス、Te:テルル、Br:臭素）が磁場を加えた状況下で整流特性を示すことを発見した。
従来の整流特性は電子型の半導体（n型半導体）とホール型の半導体（p型半導体）を接合（pn接合）させたダイオード素子や界面デバイス等で実現されていたが、本研究で観測した整流特性は結晶構造における空間反転対称性の破れに起因した物質固有の性質であり、整流特性の新しい原理を見出したと言える。本研究ではさらに、整流特性の磁場・電流・キャリア数（電荷を運ぶ粒子の数）・温度依存性等を詳細に測定することにより、観測された整流特性が極性構造（注3）を持つ結晶に特有の現象であり、極性構造に由来する固体電子状態によって定量的に説明できることを明らかにした。
本研究成果は、エキゾチックな結晶構造が示す機能性の探索を推進させるだけでなく、一般の空間反転対称性の破れた結晶における非線形電気伝導研究という新たな学術分野を切り開くものとして期待される。
本研究成果は、英国科学雑誌『Nature Physics』（3月6日イギリス時間）に掲載される。
※発表内容などリリース詳細は添付の関連資料を参照
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