2017 Fiscal Year Annual Research Report
Detection of Meissner effect of surface-superstructure superconductivity by UHV-SQUID
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16H02108
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
長谷川 修司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (00228446)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 原子層超伝導 / マイスナー効果 / SQUID |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超伝導に特異な物性は完全伝導性（電気抵抗ゼロ）と完全反磁性（マイスナー効果）の二つがあり、その二つの測定をもって正式に超伝導と認定される。長年、当研究室では表面の電気伝導を測定してきており、表面数原子層の超伝導と考えられている電気抵抗の特異な減少を発見しているが、その磁化率は測定することができなかった。交流磁場等を用いることで間接的に反磁性を確認している研究はあるが、直接的に完全反磁性を確認した研究は未だ存在しない。そこで、電気伝導測定と同時に磁化率を測定することで表面原子層の超伝導転移の詳細を調べることを目指し、既存の極低温超高真空マイクロ4端子電気伝導測定装置に超伝導量子干渉計(SQUID)を併設するという改良を行っている。
今年度までに、測定に必要な磁気シールドの追加とSQUIDを用いた予備実験を完了した。予備実験では磁化率測定のダイナミックレンジが足りないこと、フラックスジャンプと呼ばれるピックアップコイル特有の測定磁場のずれがあり、これを防ぐ必要があることがわかった。また、ダイナミックレンジの拡張の為ホール素子を追加し、さらに磁場のオフセット調節機構を作製し、超伝導バルク鉛のマイスナー効果の検出に成功した。今後、バックグラウンド磁束の補償精度を上げ、原子層超伝導の完全反磁性の検出を行う。
この装置製作と平行して、原子層超伝導の物質系の多様性を拡張する探索研究と、原子層超伝導に特有の現象の探索研究も行っている。昨年度までに発見したSi(111)表面上のTlとAuの合金単原子層超伝導が、Ge(111)表面上でも発現すること、また、TlとAuの混合比率を変えると超伝導臨界温度が変わることを発見した。さらに、２原子層のTlが示す超伝導状態が垂直磁場を印加することで絶縁体に転移するが、その過程で、ボーズ金属と呼ばれる異常金属相が現れることも発見した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
超高真空中に保持された原子層超伝導のマイスナー効果を検出するためのSQUIDシステムを製作している。測定に必要な磁気シールドの追加、SQUIDを用いた予備実験を完了した。予備実験では磁化率測定のダイナミックレンジが足りないこと、フラックスジャンプと呼ばれるピックアップコイル特有の測定磁場のずれがあり、これを防ぐ必要があることがわかった。本年度はダイナミックレンジの拡張の為ホール素子を追加、磁場のオフセット調節機構を作製し、それらと一体になったピックアップコイルの作成・組み込みを行った。これにより磁化率測定の為に必要な改良は完了した。
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| Strategy for Future Research Activity |
バックグラウンドとなる磁束の補償の精度を上げ、ダイナミックレンジが適切なるような微調整を行い、さらに、フラックスジャンプの起きない外部磁場範囲の確認などを行い、実際に冷却し、完全反磁性へ相転移するさいの磁場の反転の確認を行い、目的とする原子層超伝導によるマイスナー効果を検出する本格的な実験を行う。
同時に、原子層超伝導の物資系の多様性を拡張する探索研究も継続する。とくに、60 Kを超える超伝導臨界温度をしますFeSe原子層にように、バルク物質より高い超伝導臨界温度をもつ原子層系を見出す。その候補は、軽い原子からなるグラフェンである。２層グラフェンに金属をインターカレートすると超伝導に転移することを昨年度までに発見したが、金属種を最低化することにより臨界温度の向上が期待される。
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[Journal Article] Large-Gap Magnetic Topological Heterostructure Formed by Subsurface Incorporation of a Ferromagnetic Layer2017
Author(s)
T. Hirahara, S. V. Eremeev, T. Shirasawa, Y. Okuyama, T. Kubo, R. Nakanishi, R. Akiyama, A. Takayama, T. Hajiri, S. Ideta, M. Matsunami, K. Sumida, K. Miyamoto, Y. Takagi, K. Tanaka, T. Okuda, T. Yokoyama, S. Kimura, S. Hasegawa, E. V. Chulkov
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Journal Title
Nano Letters
Volume: 17
Pages: 3493～3500
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Sbドープトポロジカル結晶絶縁体Pb1-xSnxTe(111)薄膜における2次元バンドの観測2018
Author(s)
秋山了太, 大滝祐輔, 伊藤寛史, 中西亮介, 宮内恵太, Eike Schwier, 木村昭夫, 島田賢也, S. V. Eremeev, E. V. Chulkov, 黒田眞司, 長谷川修司
Organizer
日本物理学会 第73回年次大会（2018年）
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[Presentation] Tl double layer on Si(111): formation, atomic and electronic structure, modification2017
Author(s)
L.V. Bondarenko, A.Y. Tupchaya, A.N. Mihalyuk, C.R. Hsing, C.M. Wei, S. Ichinokura, S. Hasegawa, D.V. Gruznev, A.V. Zotov and A.A. Saranin
Organizer
The 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8), Japan
Int'l Joint Research
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[Presentation] Superconductivity on Rashba spin splitting surface: Si(111)-√3×√3-(Tl, Pb)2017
Author(s)
S. Ichinokura, S. Yoshizawa, A.V. Matetskiy, L.V. Bondarenko, A.Y. Tupchaya, D.V. Gruznev, A. Takayama, R. Hobara, T. Uchihashi, A.V. Zotov, A.A. Saranin and S. Hasegawa
Organizer
The 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8), Japan
Int'l Joint Research
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[Presentation] Heterostructure of a topological insulator/magnetic insulator ultrathin film2017
Author(s)
Y. Okuyama, S.V. Eremeeev, R. Nakanishi, R. Akiyama, T. Shirasawa, K. Sumida, K. Miyamoto, T. Okuda, S. Ideta, K. Tanaka, E.V. Chulkov, S. Hasegawa and T. Hirahara
Organizer
The 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8), Japan
Int'l Joint Research
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[Presentation] Observation of the surface Dirac cone in Sb-doped PbxSn1-xTe(111) thin films2017
Author(s)
R. Akiyama, T. Yamaguchi, Y. Otaki, R. Ishikawa, R. Nakanishi, D. Fan, H. Sato, K. Shimada, E. F. Schwier, K. Miyamoto, A. Kimura, S. Hasegawa, S. Kuroda
Organizer
New Trends in Topological Insulators, Switzerland
Int'l Joint Research
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[Presentation] Monatomic-Layer Superconductors2017
Author(s)
S. Hasegawa, T. Nakamura, S. Ichinokura, R. Hobara, R. Akiyama, A. Takayama, A. V. Matetskiy, A.V. Zotov, and A. A. Saranin, H. Kim, Y. Hasegawa
Organizer
Tsinghua University- the University of Tokyo Joint Symposium on Multidiscipline: Symposium on Materials and Physics, China
Int'l Joint Research
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