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 |
Completed (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 / 原子層物質 / 高温超伝導 / 表面界面 / 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 K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。本研究では特にSTO基板にドープされたNbに着目してTc上昇のミクロなメカニズムを考察するのが目的であった。
昨年度までに上記の課題に取り組み、Nb原子のドープの有無で単層FeSeの超伝導特性が影響を受けないことを高分解能の角度分解光電子分光およびin situでの輸送測定により解明した。そこで本年度はバルクFeSeとほぼ同じ結晶構造だが基底状態が超伝導ではなく近藤格子と言われているFeTeを単層化した際の基底状態の変化を調べることにした。薄膜を作製後にin situでの走査トンネル顕微鏡/分光(STM/STS)測定により単層FeTeでは二種類の近藤一重項状態が共存していることが分かった。さらにバルクとは違ってフェルミ準位近傍にギャップ構造を持たず、近藤格子を形成しないことが明らかになった。この理由はSTO基板からの局所的なドープ量の違いで近藤共鳴が試料全体に広がることが不可能なためであると考察できる。このようにFeSeだけでなくFeTeでも単層化した場合は基底状態が基板の影響を大きく受けて基底状態が決定されることが分かった。これは鉄系カルコゲンにおいて、超伝導だけでなく別な基底状態である近藤状態も基板表面の変調を受けることを示す重要な結果である。また近藤状態の物理においてもこのような特異な現象を発見したことは初めてであり、物質を超えた価値があると考えられる。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(58 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
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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
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Peer Reviewed
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[Presentation] Two-dimensional superconductivity in α-Sn(111)/ SnTe(111) heterostructures2023
Author(s)
Yuxiao Guo, Ryota Akiyama, Takako Konoike, Satoru Ichinokura, Yuya Hattori, Takuya Takashiro, Rei Hobara, Taichi Terashima, Toru Hirahara, Shinya Uji, Shuji Hasegawa
Organizer
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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
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The 92th IUVSTA workshop and APSSS-4
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