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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Search of Rashba superconductors in atomic-layer surface alloys

Research Project

Project/Area Number 16K17727
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

吉澤 俊介  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 若手国際研究センター, ICYS 研究員 (60583276)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Keywords超伝導 / 原子層 / 表面・界面構造 / 表面・界面物性 / ラシュバ効果 / 走査トンネル顕微鏡 / 第一原理計算
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、半導体表面に成長する原子層物質において、スピン軌道相互作用によるバンドのスピン分裂を伴いかつ超伝導が発現しているような「ラシュバ超伝導体」を作製し、その特異な物性を電気伝導測定から明らかにすることであった。
平成28年度は、超高真空・磁場中電気伝導測定システムを調整し、その性能評価をかねて、Si(111)-(√7×√3)-In 超伝導体の面直・面内磁場中電気抵抗を測った。この物質では、先行研究でバンドのスピン分裂が観測されておらず、スピン軌道相互作用の影響が弱いと考えられていた。しかし、磁場を面内に正確にかけた場合、現在の装置でかけられる最大磁場である 5 T では超伝導を壊すことができず、絶対零度における上部臨界磁場はパウリ極限を超える可能性が高いことが判明した。
平成29年度は実験結果の解釈を行うため、第一原理計算を行い、この物質のエネルギーバンドがスピン分裂していることを示した。従来の角度分解光電子分光のエネルギー分解能ではスピン分裂が観測されなかった系であっても、現実にはスピン分裂が生じており、超伝導状態に影響をおよぼしていたと解釈できる。このことから、ラシュバ超伝導は、表面で生じる超伝導状態にかなり一般的な現象であることが示唆される。
また、バンド計算を行うに先だって、Si(111)-(√7×√3)-In の結晶構造の正確な決定にも成功した。この物質においては、走査トンネル顕微鏡で得られている像が第一原理計算からうまく再現できないという問題があったが、像が探針・試料間距離に強く依存するためであることを実験・計算の両面から見出した。さらに、実験データと第一原理計算結果を組み合わせた新しい解析方法により、表面インジウム層のひずみ分布の可視化にも成功した。以上の結果を、現在いくつかの論文にまとめているところである。

  • Research Products

    (5 results)

All 2018 2017

All Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Presentation] Imaging the displacement field of atomic-layer indium by using scanning tunneling microscopy and density functional theory2018

    • Author(s)
      S. Yoshizawa, K. Sagisaka, D. Fujita, and T. Uchihashi
    • Organizer
      MANA International Symposium 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Si(111)-(√7×√3)-In 表面における一軸性格子不整合の実空間 観測2018

    • Author(s)
      吉澤俊介, 鷺坂 恵介, 藤田 大介, 内橋隆
    • Organizer
      第16回SPring-8ユーザー協同体顕微ナノ材料科学研究会・日本表面科学会放射光表面科学研究部会・プローブ顕微鏡研究部会合同シンポジウム
  • [Presentation] Superconductivity of Si(111)-(√7×√3)-In in parallel magnetic fields2017

    • Author(s)
      S. Yoshizawa, K. Sagisaka, D. Fujita, and T. Uchihash
    • Organizer
      The 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Si(111)-(√7×√3)-In の STM/STS と DFT2017

    • Author(s)
      吉澤俊介, 鷺坂 恵介, 藤田 大介, 内橋隆
    • Organizer
      日本物理学会 2017年秋季大会
  • [Presentation] 傾斜シリコン基板上インジウム原子層の超伝導2017

    • Author(s)
      吉澤俊介, 鷺坂 恵介, 藤田 大介, 内橋隆
    • Organizer
      第25回渦糸物理国内会議

URL: 

Published: 2018-12-17  

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