東京大学大学院・工学系研究科・物理工学専攻

長田研究室
物性研究所C棟111号室 04-7135-1221 osada@issp.u-tokyo.ac.jp

有機導体・２次元物質のトポロジカル量子輸送現象●研究手段：輸送現象（量子伝導・熱電効果）
ナノ構造微細加工技術＋強磁場・低温・高圧技術●研究対象：有機導体・2次元物質(グラフェン等)・トポロジカル系(1)有機導体における非線形トポロジカル輸送現象(2)ツイスト積層グラフェンの電子構造と量子輸送現象(3)低温強磁場下の量子化された熱電ホール効果

a-(BEDT-TTF)2I3

グラフェン

微細加工・プロセス・評価装置 ⇒ 原子層作製

電子線(EB)リソグラフィー装置 スパッタ/EB蒸着装置
ナノ構造の微細加工
金属膜・絶縁膜形成

イオンビームエッチング装置
ナノ構造の微細加工

分子線エピタキシー装置
顕微ラマン分光装置
走査プローブ顕微鏡
GaAs系半導体超薄膜の結晶成長 原子層数・結晶多型の同定 ナノ構造の観察・膜厚測定
その他： 原子層積層装置・有機導体成長装置（電解法）・マスクレス露光装置（フォトリソグラフィー）・真空蒸着装置・熱処理装置・ワイアボンダーなど

実験装置：低温強磁場下の電気的測定③40T簡易パルス強磁場システム①13T定常強磁場システム
ソレノイド型超伝導磁石 ②10T定常強磁場システム Cu-Ag小型パルス磁石
希釈冷凍機(>50mK)
スプリット型超伝導磁石 20kJ@4kV コンデンサ電源
3He冷凍機(>500mK)
磁場方位変調機構
3He冷凍機(>500mK)
１軸試料回転機構
クランプ式圧力セル
２軸試料回転機構（<2GPa）
クランプ式圧力セル（<2GPa）
計測装置：電気的測定（電気伝導・インピーダンス測定装置）
高周波測定（反射法/透過法測定装置・評価装置）
磁気的測定（磁気トルク測定）
熱的測定（熱電効果・比熱測定）
赤外分光（赤外フーリエ分光器(FTIR)）

有機ディラック電子系：α-(BEDT-TTF)2I3●層状分子性導体 α-(BEDT-TTF)2I3：理想的な２D massless Dirac電子系
Ek0ckx-k0
Dirac conekyaa-(BEDT-TTF)2I3

弱い電荷秩序状態：
G P=15 kbar
X-反転対称性の自発的破れ
Y-単純な2D massive Dirac系？
M⇓
2D massless
有限のBerry曲率双極子Dirac電子系⇓
電流誘起トポロジカル現象

有機Dirac電子系α-(BEDT-TTF)2I3の弱電荷秩序相の電子構造
２D massless Dirac電子状態と弱い電荷秩序状態の電子構造の類似性※A. Mori et al., Phys. Rev. B 99, 035106 (2019).

Ayaka Mori

弱い電荷秩序状態における2D massive Dirac電子系の存在※K. Yoshimura et al., JPSJ 90, 033701 (2021).

K. Yoshimura弱い電荷秩序状態における非線形トポロジカル輸送現象
傾斜したmassive Diracコーン(理想的) Berry曲率双極子//Diracコーン傾斜軸※TO et al., JPSJ 89, 103701 (2020); ibid., 128002 (2020).

A. Kiswandhi

非線形異常Ettingshausen効果※TO et al., JPSJ 90, 053704 (2021).

非線形異常Hall効果※A. Kiswandhi et al., J. Phys.: Condens. Matter 34, 105602 (2022).

捩れ積層グラフェンのモアレ超格子/準結晶における電子局在ツイスト積層グラフェン
モアレ超格子弱局在＝乱れによる電子定在波※M. Kashiwagi et al.,arXiv: 2203.05223.

準結晶

M. Kashiwagi
M. Koshino＋:弱局在 －：弱反局在 ( B , T )2= − = −B ,inter,*  e 2   B BBF−F
2F    h   B  B + 2 Binter  B + Binter + B*  4 De  ,inter,* * −1   trigonal −1 +  intra −1 F ( z )  ln( z ) +  1 + 1 
2z

valley間散乱頻度のツイスト角依存性⇒モアレ超格子における電子波干渉

黒リン少数層超薄膜の２キャリア伝導と電子構造※K. Hirose et al., Appl. Phys. Lett. 113, 193101 (2018). ※TO, J. Phys. Soc. Jpn. 84, 013703 (2015).

(a)

2000

Vg=100V

Energy (eV)electron-doped

0

Vg=60V0electron-doped

0Vg=40V0

Vg=-40V

0

Vg=-80V
hole-doped

02monolayer-25GM Y0(b)GX

GX

Energy (eV)

黒リン(BP)

Magnetoresistance R-R0 (Ohm)100
Kohei Hirose

gap

T=2.2K

5-layer
4 6 8 10 12 14 -25G
M
Magnetic Field (T)Yグラファイト超薄膜の磁場誘起電子相転移と量子サイズ効果※T. Taen et al., Phys. Rev. B 97, 115122 (2018); Phys. Rev. B 98, 155136 (2018).

Rxx (kW)(a) 3

Temperature (K)

(c)

2(b)

zB

Kish graphite
d=80nmd1yx20 B (T)

0Dr. Toshihiro Taen

E40

c

normalnesting vector

density wavebulk

d=173nm d=80nm

Magnetic Field (T)EF2 / d−/cbulk
thin film
0/ckz

強磁場量子極限下α-(BEDT-TTF)2I3の量子熱電ホール効果
2次元massless Dirac電子系の ※TO, JPSJ 90, 113703 (2021).
※T. Konoike et al., JPSJ 82, 073601 (2013).
強磁場下量子化熱電Hall効果

k eha xy(2D) = (4 log 2) B

Prof. Liang Fu (MIT)arXiv:1909.09506

En=2e2e1me0+n=1TLmL

e−1
e−2n=0edge

n=-1n=-2bulk

0KymRTRedge

Lx X0

Dr. Takako Konoikeノーダルライン半金属グラファイト超薄膜の量子熱電ホール効果※ TO and T. Ochi et al., J. Phys. Soc. Jpn. 91, 063701 (2022).

Seebeck

Sxx
yhotx+e

E = S T

BSyx
NernstE =  −1 j + S T , S =  −1a
線状ノーダルラインを持つ半金属の強磁場における量子化熱電Hall効果-ecoldj =  E + a (−T )2 kBT kBe=3次元（バルク）a3ctc hkBe
(2D)
2次元（超薄膜）a xy = (4 log 2)
h(3D)
xy

Tomotaka Ochi

長田研究室osada@issp.u-tokyo.ac.jp

有機導体や2次元物質を対象として、新しいトポロジカル量子輸送現象の探索と解明を行う。
(1)有機導体（massiveディラック電子系）
非線形/非平衡トポロジカル輸送現象・τ型格子・軌道Edelstein効果による電荷秩序ドメイン制御(2)ツイスト積層グラフェン（モアレ超格子・準結晶）
電子構造と電子局在・バレー輸送・量子ホール伝導(3)トポロジカル半金属
低温強磁場下の量子化された熱電ホール効果