Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

本年度は、まずこれまで構築した入射面回転型のSHG検出装置（S.H.Kim, YI et al., RSI2021）の改良を進めた。クライオスタットに併設するために装置の小型化を図り、入射面回転機構を手のひらに載るサイズまで縮小した。次にクライオスタットの温度制御部を工夫することで、80K-400Kの広い範囲で温度を振っても試料位置が10μmも動かないようにした。これにより試料位置ずれを気にすることなくSHGパターンをとらえることが可能となり、SHGパターンの温度変化を自動測定できるようになった。
改良したSHG検出装置を用いて、層状半金属MoTe2について測定を行った。MoTe2の固体内部は約250Kを境に一次の極性転移を経て低温側でワイル半金属になり、これに伴って表層にはフェルミアークと呼ばれる特異な電子構造をもつ伝導電子状態が形成されことが指摘されている。しかし表面は固体内部の転移に関わらす常に極性をもっている（反転対称性が破れる）ため、固体内部の極性転移と表面がどのように連動するのかがよくわからず、実際表層で転移が明確でない可能性が指摘されていた。
１K刻みで150K-400Kの間で温度をサイクルさせながらSHGパターンをモニターしたところ、190K-300Kの間でパターンが不連続かつ段階的に変化した。計6度の温度サイクルでパターンの段階的かつ不連続な変化の様相は異なった。一方、温度を保った状態でMoTe2表面の400マイクロメートル四方の領域を測定したところ、全面においてSHGパターンは一定であった。
以上の結果は、MoTe2の表層において極性転移が層の単位で段階的に進むことをあらわす。丁度、強磁性転移の際にみられるバルクハウゼン効果（ピニングされた微小磁区が突然磁化の向きをかえる）と同様のことが極性転移の際の固体表層付近で発生していることを示す。