SrTiO3基板中のNbを機能コアとする単層FeSe薄膜の超伝導特性解明
Publicly Offered Research
| Project Area | New Materials Science on Nanoscale Structures and Functions of Crystal Defect Cores |
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| Project/Area Number |
22H04502
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平原 徹 東京工業大学, 理学院, 教授 (30451818)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | 物性実験 / 表面界面 / 原子層物質 / 超伝導 / 高温超伝導 |
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| Outline of Research at the Start |
STO基板上の単層FeSeは40-109 Kという超伝導転移温度(Tc)を示す。この高いTcの起源の微視的起源は不明である。我々は単層FeSeの超伝導特性がSTOの表面超構造つまり酸素欠陥の量に依存していることを実証し、in situ電気伝導測定により絶縁STO上のFeSeの超伝導転移に伴うゼロ抵抗を検出し、Tcが40 Kと突き止めた。
しかしこれまでの研究ではTcのバラツキを完全に説明するには至っていない。そこで109KというTcがNbドープされたSTO基板上の試料で報告されていることを踏まえ、本研究では機能コアとして「STO基板中のNb」に着目することで、高温超伝導の発現機構解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
SrTiO3(STO)基板上の単層FeSe薄膜は、40-109Kという高い転移温度Tcで超伝導を示すことが報告されている。これはバルクFeSeのTcが8Kであり、一般に物質を薄膜化するとTcが下がることを考えると、驚くべき事実である。このTc上昇の原因としてSTO基板とFeSe薄膜での界面が重要な役割を与えると考えられているが、我々はこれまでの研究によりSTO基板のNbドープ量が本質的な役割を果たしている可能性を突き詰めた。本年度はこれを検証するため、NbでドープされたSTO基板上に単層FeSe薄膜を作製し、その場(in situ)電気伝導測定により超伝導転移を観察した。過去に絶縁STO基板を用いて明確な超伝導転移が40Kで観測できていたが、Nbドープ基板の場合はそもそも常伝導状態の抵抗が低いため、超伝導転移に伴う明確なゼロ抵抗の観測は難しかった。しかしそれでも40Kで電気抵抗が明確に低下する様子がやはり観測され、基板中のNbがこの系の超伝導には本質的に影響を与えていないことが示唆された。
さらに、電気伝導を測定した同じ試料に対して、角度分解光電子分光を用いた、超伝導ギャップの測定を行った。これによると、エネルギーギャップは70Kから生じ始めることが分かった。つまり分光学的なエネルギーギャップの形成は実際の超伝導転移よりも高温から生じることを明らかにした。このような特徴は銅酸化物高温超伝導体で擬ギャップとして有名であり、超伝導と競合する別な量子相が形成されている可能性が示唆される。一方で乱れの効果でもこのような特徴が観測されるので、単結晶薄膜でも表面の周期に由来した「実行的な乱れ」の効果が現れているだけの可能性もある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究の主目的である、Nbが単層FeSe/STOの高温超伝導に影響を与えるか否かに関してはすでに知見が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は表面の周期性がTcにどう影響するかを解明するために、これまで用いてきた√13×√13表面のみならず、2×1、√5×√5表面などを用いて同様の実験を行っていく。
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Report
(1 results)
Research Products
(30 results)
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[Journal Article] Electrical Observation of Soft-magnetic Skyrmions in the Sandwich Structure Including Topological Insulator with Self-assembled Ferromagnetic Atomic Layers2022
Author(s)
高城 拓也, 秋山 了太, I. A. Kibirev, A. V. Matetskiy, 中西 亮介, 佐藤 瞬亮, 深澤 拓朗, 佐々木 泰祐, 遠山 晴子, 樋渡 功太, A. V. Zotov, A. A. Saranin, 平原 徹, 長谷川 修司
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Journal Title
Vacuum and Surface Science
Volume: 65
Issue: 9
Pages: 405-410
DOI
ISSN
2433-5835, 2433-5843
Year and Date
2022-09-10
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Van Hove singularity and Lifshitz transition in thickness-controlled Li-intercalated graphene2022
Author(s)
S. Ichinokura, M. Toyoda, M. Hashizume, K. Horii, S. Kusaka, S. Ideta, K. Tanaka, R. Shimizu, T. Hitosugi, S. Saito, and T. Hirahara
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 105
Issue: 23
Pages: 235307-235307
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Presentation] Soft-magnetic skyrmions induced by surface-state coupling in a sandwich structure with an intrinsic ferromagnetic topological insulator2022
Author(s)
T. Takashiro, R. Akiyama, I. A. Kibirev, A. V. Matetskiy, R. Nakanishi, S. Sato, T. Fukasawa, T. Sasaki, H. Toyama, K. L. Hiwatari, A. V. Zotov, A. A. Saranin, T. Hirahara and S. Hasegawa
Organizer
The 92th IUVSTA workshop and APSSS-4
Related Report
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[Presentation] Van Hove Singularity in Thickness Controlled Li-Intercalated Graphene2022
Author(s)
S. Ichinokura, M. Toyoda, M. Hashizume, K. Horii, S. Kusaka, S. Ideta, K. Tanaka, R. Shimizu, T. Hitosugi, S. Saito, T. Hirahara
Organizer
IVC-22
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