走査型マイクロ波インピーダンス顕微鏡を用いた磁束量子ダイナミクスの解明

• Project/Area Number: 23K13657
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 29010:Applied physical properties-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小川 亮 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (00886004)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 磁束量子 / マイクロ波顕微鏡 / 超伝導 / 渦糸 / マイクロ波 / 走査型プローブ顕微鏡

Outline of Research at the Start

磁場中にある第二種超伝導体では、量子化された磁束が超伝導体の一部を貫いて侵入する。この磁束量子が運動状態にあるとき、これまでの研究から磁束量子コア内部の準粒子状態において何らかの散逸が重要な役割を果す可能性が示唆されている。本研究では、磁束量子の運動状態における散逸メカニズムを解明することを目的として、走査型マイクロ波インピーダンス顕微鏡を用いた磁場中超伝導体の局所伝導度測定を行い、その詳細を調べる。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、これまでの研究からCdGMモードとも呼ばれる磁束量子コア内部の準粒子状態において重要な役割を果す可能性が示唆されるている、磁束量子の運動状態における散逸メカニズムを解明することを主目的とする。磁束量子の運動状態における新たな散逸の起源については、いくつかの候補が考えられるが、その特定には新たな局所的測定が必要である。そこで、局所的なマイクロ波応答を調べることができる走査型マイクロ波インピーダンス顕微鏡を用いて、磁場中の超伝導体の局所伝導度を測定することにより、超伝導体のどこで散逸が起こっているかのを実験的に調べ、散逸の正体の解明を試みる。本年度の研究では、有限要素法による電磁界シミュレーションにより、本研究で用いる原子間力顕微鏡タイプの走査型マイクロ波インピーダンス顕微鏡の測定環境で、測定対象の伝導度を変化させたときのマイクロ波応答について数値的計算を行い、試料の局所伝導度を定量的に解析することが可能となった。また、空間分解能向上のために、探針作製条件を変えることなどで探針形状を変化させ、その結果得られるトポ像と複素伝導度像について、室温環境下で実験的検討を行った。加えて、局所的な特性が既知の物質を対象とした測定から、整備したマイクロ波インピーダンス顕微鏡測定系が極低温環境下でもその性能を発揮できることを確認した。その後、パルスレーザー堆積法により鉄系超伝導体薄膜の作製するなどして測定対象となる試料を用意し、低温環境下での超伝導体を対象とした測定を実施した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

原子間力顕微鏡タイプのマイクロ波インピーダンス顕微鏡を用いて、極低温での超伝導体を対象とし測定に取り掛かっていたが、ＳＰＭコントローラーなどの測定対象とプローブ間の位置制御システムに複数箇所不具合が発生したため、測定を中断せざるを得ない状況となった。その後、代替となる測定装置や部品の調達が予想以上に難航しているため、進捗状況はやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

今後は、可能な限り速やかに代替となる測定系を整備することで、原子間力顕微鏡タイプの走査型マイクロ波インピーダンス顕微鏡を用いた超伝導体の局所伝導度測定を行う予定である。また、熱電効果測定から磁束量子の運動状態における散逸についての研究を行うことも計画している。