カイラルP波S波超伝導ハイブリッドSQUIDによるカイラル超伝導位相状態の研究

• Project Area: Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries
• Project/Area Number: 25103721
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 石黒 亮輔 独立行政法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 協力研究員 (40433312)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2014: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2013: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: カイラルP波超伝導 / SQUID / ジョセフソン接合 / 集束イオンビーム加工 / 電子ビーム加工 / 時間反転対称性の破れ / 磁束量子 / 半整数周期 / ルテニウム酸化物 / カイラル超伝導

Outline of Annual Research Achievements

本年度においては、昨年度にS波超伝導体であるニオブとカイラルP波超伝導体であるSr2RuO4によるハイブリッドSQUIDにおいて確認されたカイラルP波超伝導体のカイラルドメイン間における高次のジョセフソン電流、時間反転対称性の破れ、また、昨年度は観測されていないカイラルエッジ電流について検証を行った。昨年度までのハイブリッドSQUIDでは「カイラルP波超伝導体であるSr2RuO4部がバルクの結晶の一部にあったこと」、「フォトリソグラフィーを用いて作製したSQUIDであったために加工精度が１μm程度で結晶の端の相対角度によって変化するカイラル超伝導位相の高精度の決定が難しいこと」などから実験結果の解釈にあいまいな点が残っていたため、これらを解決するために以下の２つの方法を用いて研究を進めた。まず、一つはバルクの結晶から１０μm程度の大きさに集束イオンビーム加工したSr2RuO4のマイクロ結晶に同じく集束イオンビームによるアシスト蒸着法加工を用いたタングステン超伝導薄膜によって電極を作製することで新たなハイブリットSQUIDを作製し、この磁場応答を計測した。タングステン超伝導薄膜とSr2RuO4との超伝導接合は全く新しい接合であるためSQUIDとして動作させるためにはいくつかの困難があったが、現在はSQUIDとして動作することがはっきりと確認でき、新しい超伝導位相研究のための手法を確立したといえる。また、高精度のカイラル位相決定のためには高精度の電極の位置決めが必要であるため、従来どうりバルクのSr２RuO４-Ru共晶上に電子ビームリソグラフィーを用いてハイブリッドSQUIDの作製を行い、典型的なSQUID動作を確認した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Magnetization of a Mesoscopic Superconducting Sr2RuO4 Plateon Micro-dc-SQUIDs (2014)
  • Author(s): S. Tsuchiya, M. Matsuno, R. Ishiguro, H. Kashiwaya, S. Kashiwaya, S. Nomura, H. Takayanag, Y. Maeno
  • Journal Title: Journal of Physical Society of Japan Volume: 83 Issue: 9 Pages: 0947151-5
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.094715
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superconducting transition of Ru in SQUIDs with Nb/Ru/Sr2RuO4 junctions (2014)
  • Author(s): Y. Nago, R. Ishiguro, T. Sakurai, M. Yakabe, T. Nakamura, S. Yonezawa, S. Kashiwaya, H. Takayanagi;, Y. Maeno
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 568 Issue: 2 Pages: 022031-022031
  • DOI: 10.1088/1742-6596/568/2/022031
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Broken time-reversal symmetry in a SQUID based on chiral superconducting Sr2RuO4 (2014)
  • Author(s): R. Ishiguro, T. Sakurai, M. Yakabe, T. Nakamura, S. Yonezawa, S. Kashiwaya, H. Takayanagi, Y. Maeno
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 568 Issue: 2 Pages: 022020-022020
  • DOI: 10.1088/1742-6596/568/2/022020
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Fabrication of M/SrRuO3/Sr2RuO4 (M=Au, Nb) junctions and their transport properties (2015)
  • Author(s): M. S. Anwar, Y. Sugimoto, S. Yonezawa, R. Ishiguro, Y. Tano, S. R. Lee, Y. J. Shin, S. J. Kang, H. Takayanagi, T. W. Noh, Y. Maeno
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学、新宿区、東京都
  • Year and Date: 2015-03-24
• [Presentation] Au/SrRuO3/Sr2RuO4 超伝導ハイブリッドジャンクションの電気伝導特性 (2015)
  • Author(s): 杉本 雄亮, M. S. Anwar, 米澤 進吾, Y. J. Shin, S. R. Lee, S. J. Kang, 石黒 亮輔, 田野 佑典, 高柳 英明, T. W. Noh, 前野 悦輝
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学、新宿区、東京都
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] Chirality-induced half-flux periodicity in superconducting quantum interference in Sr2RuO4 (2014)
  • Author(s): R. Ishiguro, Y. Tano, Y. Nago,T. Sakurai, M. Yakabe, T. Nakamura, S. Yonezawa, S. Kashiwaya,
  • Organizer: the International Conference on Topological Quantum Phenomena (TQP2014)
  • Place of Presentation: kyoto Univ., kyoto, japan
  • Year and Date: 2014-12-16 – 2014-12-20
• [Presentation] 微小試料の磁化測定のための集束イオンビームアシスト蒸着による直接描画SQUIDの開発 (2014)
  • Author(s): 石黒 亮輔, 田野 佑典, 永合 祐輔, 高柳 英明, 河野 公俊
  • Organizer: 第75回 応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学、札幌市、北海道
  • Year and Date: 2014-09-19
• [Presentation] 集束イオンビームアシスト蒸着法によるタングステン超伝導薄膜とカイラル超伝導体Sr2RuO4接合の作製と評価 (2014)
  • Author(s): 田野 佑典, 石黒 亮輔, 永合 祐輔, 柏谷 聡, 米澤 進吾, Anwar Muhammad, 高柳 英明, 河野 公俊, 前野 悦輝
  • Organizer: 第75回 応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学、札幌市、北海道
  • Year and Date: 2014-09-18
• [Presentation] Nb/Ru/Sr2RuO4超伝導接合を持つdc-SQUIDのRu超伝導転移温度以下における異常磁場応答 (2014)
  • Author(s): 永合 祐輔, 石黒 亮輔, 櫻井 貴寛, 矢ヶ部 恵弥, 柏谷 聡, 米澤 進吾, 高柳 英明, 前野 悦輝
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学、春日井市、岐阜県
  • Year and Date: 2014-09-10
• [Presentation] 集束イオンビームによるNb/Ru/Sr2RuO4接合を含んだdc-SQUIDの作製とその評価 (2014)
  • Author(s): 石黒 亮輔, 田野 佑典, 谷下 智紀, 永合 祐輔, 柏谷 聡, 米澤 進吾, M.S. Anwar, 高柳 英明, 河野 公俊, 前野 悦輝
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学、春日井市、岐阜県
  • Year and Date: 2014-09-09
• [Presentation] Epitaxial thin films of ferromagnetic SrRuO3 on the spin-triplet superconductor Sr2RuO4. (2014)
  • Author(s): Anwar M.S., Shin Y.J., Sugimoto Y., Lee S.R., Yonezawa，S, R. Ishiguro, Tano Y., Takayanagi H., Noh T.W., Maeno Y.
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学、春日井市、岐阜県
  • Year and Date: 2014-09-09
• [Presentation] SUPERCONDUCTING TRANSITION OF RU IN SQUIDS WITH NB/RU/SR2RUO4 JUNCTIONS. (2014)
  • Author(s): Nago Y., Ishiguro R., Sakurai T., Yakabe M., Nakamura T., Yonezawa S., Kashiwaya S., Takayanagi H., Maeno Y.
  • Organizer: 27th International Conference on Low Temperature Physics(LT27)
  • Place of Presentation: Palais Rouge, Buenos Aires, Argentina
  • Year and Date: 2014-08-06 – 2014-08-13
• [Presentation] BROKEN TIME REVERSAL SYMMETRY IN SQUIDS BASED ON CHIRAL SUPERCONDUCTING SR2RUO4. (2014)
  • Author(s): Ishiguro R., Sakurai T., Yakabe M., Nakamura T., Yonezawa S., Kashiwaya S., Maeno Y., Takayanagi H.
  • Organizer: 27th International Conference on Low Temperature Physics(LT27)
  • Place of Presentation: Palais Rouge, Buenos Aires, Argentina
  • Year and Date: 2014-08-06 – 2014-08-13
• [Presentation] Nb/Ru/Sr2RuO4超伝導接合を持つdc-SQUIDによるカイラルドメインの検証
  • Author(s): 田野 佑典, 櫻井 貴寛, 永合 祐輔, 石黒 亮輔, 柏谷 聡, 米澤 進吾, M.S. Anwar, 高柳 英明 and 前野 悦輝
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学
• [Presentation] Sr2RuO4-Ru共晶における3K相超伝導とNbによるSQUIDの磁場変調の温度変化
  • Author(s): 石黒 亮輔, 櫻井 貴寛, 中村 壮智, 米澤 進吾, 高柳 英明 and 前野 悦輝
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学
• [Presentation] Sr2RuO4とS波超伝導ハイブリッドSQUIDによる超伝導位相と時間反転対称性の破れ
  • Author(s): 石黒 亮輔, 櫻井 貴寛, 矢ヶ部 恵弥, 永合 祐輔, 中村 壮智, 米澤 進吾, M. S. Anwar ., 柏谷 聡, 髙柳 英明 and 前野 悦輝
  • Organizer: 新学術領域研究「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」 第4回領域研究会(平成25年度)
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] Dynamic behavior of Nb/Ru/Sr2RuO4 junctions in different configurations
  • Author(s): Anwar M.S., Yonezawa S., Ishiguro R., Yakabe M., Sakurai T., Takayanagi H., Watanabe E. and Maeno Y.
  • Organizer: 新学術領域研究「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」 第4回領域研究会(平成25年度)
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] Time Reversal Symmetry Breaking in SQUID with Sr2RuO4, Nb and Nb/Ru/Sr2RuO4 junctions
  • Author(s): Ishiguro R., Sakurai T., Yakabe M., Nakamura T., Yonezawa S., Kashiwaya S., Maeno Y. and Takayanagi H.
  • Organizer: International Workshop for Young Reserchers on Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries 2013
  • Place of Presentation: Okinawa, Japan
• [Presentation] Dynamic behavior of Nb/Ru/Sr2RuO4 junctions
  • Author(s): Anwar M.S., Yonezawa S., Ishiguro R., Yakabe M., Sakurai T., Takayanagi H., Watanabe E. and Maeno Y.
  • Organizer: International Workshop for Young Reserchers on Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries 2013
  • Place of Presentation: Okinawa, Japan
• [Presentation] Nb/Ru/Sr2RuO4超伝導接合を持つdc-SQUIDにおけるRuの超伝導転移
  • Author(s): 櫻井 貴寛, 矢ヶ部 恵弥, 永合 祐輔, 石黒 亮輔, 中村 壮智, 米澤 進吾, 大里 啓考, 渡辺 英一郎, 津谷 大樹, 髙柳 英明 and 前野 悦輝
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学
• [Presentation] Dynamic behavior of Nb/Ru/Sr2RuO4 junctions
  • Author(s): nwar M.S., Yonezawa S., Ishiguro R., Yakabe M., Sakurai T., Takayanagi H., Watanabe E. and Maeno Y.
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学
• [Presentation] カイラルP波S波超伝導ハイブリッドSQUIDによるカイラル超伝導位相状態の研究
  • Author(s): 石黒 亮輔
  • Organizer: 新学術領域「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」第１１回集中連携研究会
  • Place of Presentation: 京都大学
• [Remarks] トポロジカル量子現象メンバープロフィール
  • URL: http://www.topological-qp.jp/member/sp_profile/profile_a01_ishiguro.html
• [Remarks] 日本女子大学 研究者情報
  • URL: http://www2.jwu.ac.jp/kgr/jpn/ResearcherInformation/ResearcherInformation.aspx?KYCD=00013080
• [Patent(Industrial Property Rights)] 超伝導量子干渉素子およびその製造方法 (2015)
  • Inventor(s): 石黒亮輔
  • Industrial Property Rights Holder: 独立行政法人理化学研究所
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2015-025842
  • Filing Date: 2015-02-12