直接ギャップ半導体ヘテロ接合によるトポロジカル絶縁体の実現

鈴木恭一　小野満恒二^＊　原田裕一　村木康二
量子電子物性研究部　^＊機能物質科学研究部

　金属、絶縁体、半導体といった従来の物質の分類に当てはめることのできない新しい物質の形態として、トポロジカル絶縁体(TI)が注目を浴びている。TIは、逆向きのスピンをもつ対向した電子流で構成される表面チャネル（三次元TI）、エッジチャネル（二次元TI）をもつことを特徴とし、チャネル内ではスピン反転を伴う後方散乱が禁止される。このことから、スピントロニック素子や無散逸な伝導を利用した低消費電力素子としての応用が期待されている。
　これまで知られているTIは、材料自体のバンド構造に伝導帯－価電子帯の重複をもつのに対して、我々は、一般的なIII-V族半導体であるInAsとGaSbを用い、ヘテロ接合（異種物質どうしの結晶成長）により人工的に二次元TIを実現した[1]。今後、高度に発展した半導体技術の適用により、TIの産業応用が期待される。また、これを契機に、様々な物質のヘテロ接合による新たなTI物質の探索が促進される。
　図1はInAs/GaSbヘテロ構造による二次元TI実現の様子で、ヘテロ接合によりInAsの伝導帯とGaSbの価電子帯のエネルギーが重複したところにスピン－軌道相互作用が働き、TIバンド構造となる。