2016 Fiscal Year Annual Research Report
空間反転対称性が破れた半導体表面に創成されるハイブリッド単原子層物理
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16H03998
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
枡富 龍一 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00397027)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 単原子層超伝導 / 低次元系物性実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度は半導体劈開表面に創成される空間反転対称性の破れに起因する新奇な物理現象を探索するため、ベクトル強磁場下での電気伝導測定と走査トンネル分光顕微鏡を組み合わせた測定を可能にする装置の開発を行った。その装置は二つの超高真空チャンバーからなり、その一つは試料を作成する蒸着装置とその場で作成された試料を解析する電子線回折装置を兼ね備えた試料作成チャンバーである。もう一つが電気抵抗測定と走査トンネル分光測定を行う測定チャンバーであり、両者はゲートバルブを用いて超高真空環境下で接続可能な特徴をもつ。さらに、空間反転対称性が破れが重要になる3種類の試料（ラッシュバ単原子層超伝導体、ハイブリッド単原子層磁性体、ハイブリッドトポロジカル単原子層超伝導体）に対して低温物性測定を行うため、予め、試料を構成する元素の種類や膜厚、吸着物質による空間反転対称性の制御などの方法を用いて測定試料の最適化を実施した。
今後、本助成金で製作した超高真空装置を用いて、高品質な単原子層超伝導体の作成に着手する。また、走査トンネル分光顕微鏡に関しては極低温領域（0.3K）まで温度の拡張を行い、平行磁場下において局所状態密度の測定と電気抵抗測定を並行して行う。空間反転対称性が破れた２次元超伝導体に出現する超伝導秩序変数が空間変調するエキゾチックな２次元超伝導状態の観測、スピン空間分布の可視化による磁気秩序状態の解明、ハイブリッドトポロジカル単原子層超伝導体に出現するマヨラナ粒子の検出を実現することによりハイブリッド単原子層物理の構築を目指す。
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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
平成28年度は空間反転対称性の破れた単原子層超伝導体の低温物性測定を行うために、試料作成チャンバーと測定チャンバーをもつ超高真空装置の製作を行った。現時点において試料作成用蒸着装置と試料を作成した”その場”での試料構造の解析を行う電子回折装置は使用可能な状態にあり、今後、真空装置の真空度が試料作成可能な領域に達すれば試料作成を開始できる段階にきている。さらに、試料の構成元素や試料膜厚などの最適化を行ったこともあり、本研究の目的である空間反転対称性の欠如に起因する物理、特に有限の重心運動量をもったクーパー対が引き起こす新奇な現象の兆候を掴みつつある。今後、さらに本助成金により製作された超高真空装置を用いて、試料品質の改良を行い、高品質な空間反転対称性がない2次元超伝導体の作成を行う。一方、測定に関したは平行磁場下において電気抵抗測定と走査トンネル分光顕微鏡を組み合わせた手法により行う。現時点において平行磁場印加用の磁石、走査トンネル分光顕微鏡は使用可能な状態になった。今後、冷凍機温度の低温領域への拡張を行い、測定を開始する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の具体的な研究の推進方策としては空間反転対称性が破れた単原子層超伝導体とこの単原子層超伝導体を2層もしくは3層用いた多層系について測定を行う。特にラッシュバスピン軌道相互作用によりフェルミ面がスピンの方向に依存して分裂したこれらの系に、平行磁場を印加すると、重心運動量をもったクーパー対が出現するため超伝度秩序変数の実空間での周期的な変調が期待される。本研究は走査トンネル分光顕微鏡を用いて局所状態密度を測定し、この超伝導秩序変数の空間変調の観測を目指す。この様な重心運動量をもつクーパー対が引き起こす超伝導秩序変数の変調はいまだに観測されておらず、革新的な成果に繋がることが期待される。
具体的な測定としては温度（0.3K）で9Tまでの平行磁場下において測定を行う。これらの系の超伝導転移温度は2K程度あることから、十分低温領域での観測が可能になる。一方、平行磁場に関しては重い電子系で見られる重心運動量をもつクーパー対は高磁場領域において実現されるが、本研究を行う強いラッシュバスピン軌道相互作用をもつ単原子層鉛の系では低磁場領域から有限の重心運動量をもつクーパー対の出現が期待されるため、十分に観測可能な領域での研究が実現できる。
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