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エピタキシー技術が拓く量子物性の自在設計とデバイス機能の探求

西早研究室では、エピタキシャル技術によって作製する薄膜試料とそれを基板から剥離したメンブレン試料を研究基軸に、量子物性を示す電子材料の新規開拓や人工的な積層構造/ナノ構造化による物性制御に興味をもって研究をしています。多様な長さスケールでの構造設計と精密な電気測定・局所的なプローブ手法を駆使することで、均質な構造や平坦な結晶面では現れない量子現象の学理構築を行い、デバイス応用に資する機能性開拓に挑戦します。

分子線エピタキシー技術による量子物質創成

分子線エピタキシー成長法は、原子レベルの膜厚制御と高純度な結晶成長を可能にする量子物質探究における強力な手法の一つです。新規材料を開拓するとともに、膜厚制御による次元性の低減、基板との格子不整合を利用したエピタキシャル歪み、異種材料を組み合わせた積層構造の構築により、天然のバルク結晶が持つ以上の物性を引き出し制御することを目指します。

これまでの研究例：

・Magnetic semimetals Applied Physics Letters (2024), Physical Review B (2025)

・Frustrated magnets Physical Review B (2024), Applied Physics Letters (2024)

・Half-metal Heuslers Physical Review Materials (2025)

トポロジカル電子相における量子/磁気輸送現象の解明

トポロジカル半金属に代表される新奇な電子相を対象に、バンド構造やベリー曲率に由来する量子輸送現象を研究しています。トポロジカルに保護された非散逸伝導、スピンやカイラリティの電気的制御、巨大磁気抵抗効果など、特異な輸送機能の解明を行い、バンドトポロジーや量子幾何学に基づく次世代電子デバイスへの学術的基盤を創成します。

これまでの研究例：

・In-plane anomalous Hall effect: Physical Review Letters (2024), Physical Review Letters (2025),

Advanced Materials (2025)

・Magnetoresistance effects: Physical Review B (2018), Physical Review B (2024)

・Topological surface transport: Nature Communications (2019), Nature Communications (2021)

・Quantum Hall effect: Nature Communications (2017), Science Advances (2018)

メンブレン作製技術による自在積層と輸送機能開拓

薄膜結晶を成長用の基板から剥離・自立させるメンブレン技術を用いると、エピタキシャル成長の制約を超えた人工構造が実現できます。フレキシブル基板上での巨大歪みや歪み勾配の導入や人工的なヘテロ・ツイスト構造の作製により、従来の平坦な結晶面では現れない有効電磁場や電子/磁気/格子間の相互作用による物性開拓を行います。空間的な非一様を制御自由度として積極的に活用した量子機能の実現を目指します。

Stay tuned for our upcoming results.

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