2017 Fiscal Year Annual Research Report
Superconductivity and nematicity in iron-based superconductors
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16H04024
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
花栗 哲郎 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (40251326)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 鉄系超伝導 / 走査型トンネル顕微鏡 / 超伝導ギャップ / Nematic相 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までにSeサイトにSドープしてnematicityを系統的に抑制したFeSeにおける準粒子干渉パターンのデータを取得したが、準粒子分散のブランチの帰属が完全ではなかった。そこで、角度分解光電子分光の結果と詳細な比較を行ったところ、波数空間のkz方向に三次元的分散を有する正孔バンドの、kz = 0とkz = πの状態が別々のブランチとなって準粒子干渉パターンに現れていることが分かった。この結果は、準粒子干渉効果を用いてバンドの三次元性を評価できる可能性を示している。
準粒子分散の帰属ができたので、バンド分散のSドープ依存性に関して詳しい情報を得ることができた。その結果、正孔バンドの面内異方性はSドープとともに減少するが、nematicityが消失するSドープ量である17 %において、Fermi波数にもFermi速度にも急激な変化は現れず、変化は滑らかであることが分かった。これは、nematicityの消失とともに不連続的に小さくなる超伝導ギャップの振る舞いとは対照的である。これらの結果は、超伝導の対形成機構が、バンド構造ではなく、nematicityの有無に敏感であることを示している。
Teドープ試料に関しては、系統的にドープ量を変化させた単結晶試料は未だに得られていないが、溶融法で作製できるTeドープ量が60%近傍の試料に対して実験を開始した。この組成の試料は、トポロジカル表面状態の形成が示唆されており、渦糸中心におけるMajrana粒子の発現が期待される。Majorana粒子が現れるエネルギーは厳密に零であり、鋭い状態密度ピークがFermiエネルギーに現れることが期待される。そこで、μeVレベルの高いエネルギー分解能で零エネルギー状態の有無を検証するため、希釈冷凍機をベースにした超低温STMを建設し、渦糸状態の研究を開始した。
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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
準粒子干渉から得られる分散のブランチ帰属ができたことにより、FeSe及び、そのS置換系の電子状態の概要は明らかになった。Nematicity消失前後における超伝導ギャップの構造解明が残された課題であるが、そのために必要な100 mK以下の低温での実験を行うための希釈冷凍機を用いた超低温走査型トンネル顕微鏡の建設も完了している。
Te置換系に関しては試料作製の問題は残るものの、Teドープ量が60%近傍の試料に関する実験は進展しており、研究期間終了までには成果が出せるものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
超低温走査型トンネル顕微鏡を用いて、Nematicity消失に伴う超伝導ギャップの変化の詳細、特にギャップノードがどのように変化するのか調べる。また、高エネルギー分解能分光イメージングによりBogoliubov準粒子の干渉パターンを観測し、波数空間における超伝導ギャップ構造の変化を調べる。
Te置換系では、これまでの実験で、零エネルギー状態を持つ渦糸と、状態密度ピークが有限エネルギーにしか現れない渦糸が存在することが分かった。今後、零エネルギー状態の発現条件を明らかにしていく。
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