Real space spectroscopy of superconducting states without time reversal and space inversionr symmetry

• Project/Area Number: 18H01876
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: YOSHIZAWA Shunsuke 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主任研究員 (60583276)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥15,730,000 (Direct Cost: ¥12,100,000、Indirect Cost: ¥3,630,000)
• Keywords: 超伝導 / ラシュバ効果 / 原子層 / 走査トンネル顕微鏡 / 電気伝導 / 第一原理計算 / 表面・界面 / 電子定在波 / 物性実験

Outline of Final Research Achievements

In atomic layer superconductors on semiconductor surfaces, the out-of-plane inversion symmetry is broken. We have investigated the superconducting phenomena when external magnetic fields break the time-reversal symmetry. We found a significant enhancement of critical field for magnetic fields applied parallel to the plane and explained the mechanism in terms of spin-momentum locking and elastic scattering of electrons. We also revealed the strange property of standing waves generated by electron scattering and interference using scanning tunneling microscopy.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

空間反転対称性の無い超伝導体が強い磁場下でも超伝導状態を維持するメカニズムを示したものであり、超伝導体をベースとした量子材料探索に生かされることが期待される。また、走査トンネル顕微鏡で観測される電子定在波がいわば「波動関数の形」に関する情報を反映していることもわかり、超伝導体に限らずさまざまな物質の電子定在波解析において重要な視点を提供すると思われる。

Research Products

• [Journal Article] Atomic-layer Rashba-type superconductor protected by dynamic spin-momentum locking (2021)
  • Author(s): Yoshizawa Shunsuke、Kobayashi Takahiro、Nakata Yoshitaka、Yaji Koichiro、Yokota Kenta、Komori Fumio、Shin Shik、Sakamoto Kazuyuki、Uchihashi Takashi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 1462-1462
  • DOI: 10.1038/s41467-021-21642-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Orbital angular momentum induced spin polarization of 2D metallic bands (2020)
  • Author(s): Takahiro Kobayashi, Yoshitaka Nakata, Koichiro Yaji, Tatsuya Shishidou, Daniel Agterberg, Shunsuke Yoshizawa, Fumio Komori, Shik Shin, Michael Weinert, Takashi Uchihashi, and Kazuyuki Sakamoto
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 125 Issue: 17 Pages: 176401-176401
  • DOI: 10.1103/physrevlett.125.176401
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Persistent superconductivity in atomic layer-magnetic molecule van der Waals heterostructures: a comparative study (2019)
  • Author(s): Uchihashi Takashi, Yoshizawa Shunsuke, Minamitani Emi, Watanabe Satoshi, Takagi Yasumasa, and Yokoyama Toshihiko
  • Journal Title: Molecular Systems Design & Engineering Volume: 4 Issue: 3 Pages: 511-518
  • DOI: 10.1039/c9me00017h
  • Peer Reviewed
• [Presentation] インジウム原子層における電子定在波の極低温走査トンネル顕微鏡観測 (2021)
  • Author(s): 吉澤俊介、鷺坂恵介
  • Organizer: NIMS先端計測シンポジウム2021
• [Presentation] 半導体表面原子層の結晶構造・電子構造・超伝導： 走査トンネル顕微鏡から見えるもの (2021)
  • Author(s): 吉澤俊介
  • Organizer: SPring-8ユーザー協同体顕微ナノ材料科学研究会 日本表面真空学会放射光表面科学研究部会 日本表面真空学会プローブ顕微鏡研究部会 合同シンポジウム（NANOSPEC 2021）
  • Invited
• [Presentation] In/Si(111) におけるブロッホ波干渉の STM 観測 (2021)
  • Author(s): 吉澤俊介、鷺坂恵介
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] 走査トンネル顕微鏡による原子層超伝導体の電子状態計測 (2021)
  • Author(s): 吉澤俊介
  • Organizer: SCTM2020 ワークショップ「超伝導物質、トポロジカル物質」
  • Invited
• [Presentation] シリコン表面インジウム原子層の結晶構造と超伝導状態 (2020)
  • Author(s): 吉澤俊介
  • Organizer: 物性研究所ワークショップ「ナノスケール物性科学の最先端と新展開」
  • Invited
• [Presentation] 原子層結晶 Si(111)-(√7×√3)-In の超伝導における乱れと異方性の効果 (2020)
  • Author(s): 東陽一、吉澤俊介、内橋隆
  • Organizer: 日本物理学会 2020年秋季大会
• [Presentation] 原子層超伝導体 Si(111)-(√7×√3)-In における対破壊効果の解析 (2019)
  • Author(s): 吉澤 俊介, 内橋 隆
  • Organizer: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [Presentation] 原子層超伝導体 Si(111)-(√7×√3)-In のラシュバ効果と臨界磁場 (2019)
  • Author(s): 吉澤 俊介, 内橋 隆
  • Organizer: 2019年日本表面真空学会学術講演会
• [Presentation] 幾何学的位相解析による不整合変調構造の解析 (2019)
  • Author(s): 吉澤 俊介, 鷺坂 恵介, 藤田 大介, 内橋 隆
  • Organizer: 第2回日本表面真空学会若手部会研究会
• [Presentation] 平行磁場中の二次元ラシュバ系における超伝導転移線への非磁性散乱効果 (2019)
  • Author(s): 東陽一, 吉澤俊介, 内橋隆
  • Organizer: 日本物理学会 第74回年次大会
• [Presentation] 走査トンネル顕微鏡で見る超伝導体表面構造と量子磁束 (2018)
  • Author(s): 吉澤 俊介
  • Organizer: 日本物理学会 2018年秋季大会
  • Invited
• [Presentation] Visualizing the Uniaxial Incommensurate Structure of Si(111)-(√7×√3)-In by using Scanning Tunneling Microscopy (2018)
  • Author(s): Shunsuke Yoshizawa, Keisuke Sagisaka, Daisuke Fujita, Takashi Uchihashi
  • Organizer: ACSIN-14 & ICSPM26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Si(111)-√7×√3-In 表面における静電遮蔽効果の STM 観測 (2018)
  • Author(s): 吉澤 俊介, 鷺坂 恵介, 藤田 大介, 内橋 隆
  • Organizer: 2018年日本表面真空学会学術講演会
• [Presentation] STM観察とDFT計算によるインジウム原子層超伝導体の結晶構造決定 (2018)
  • Author(s): 吉澤 俊介, 鷺坂 恵介, 藤田 大介, 内橋 隆
  • Organizer: 第26回渦糸物理国内会議
• [Remarks] 磁場に強い超伝導を実現する新たなメカニズムを発見
  • URL: https://www.nims.go.jp/news/press/2021/03/202103050.html