2018 Fiscal Year Annual Research Report
Quantum anomaly and topology in layered ruthenates
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17K14326
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
延兼 啓純 北海道大学, 理学研究院, 助教 (60550663)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | スピン三重項超伝導 / 高温超伝導 / トポロジー / 量子アノマリー / 超伝導－絶縁体転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はスピン三重項超伝導体Sr2RuO4のSrをCaに置換したCa2RuO4の微小単結晶の作成に成功したのでその電子輸送特性を精力的に調べた。これまで報告されているバルクCa2RuO4結晶は反強磁性モット絶縁体を示し、外場（圧力、電場、電流）や組成比によってその基底状態を絶縁体から金属へ転移する。我々はCa2RuO4薄膜において、約100Kの高温で超伝導へ転移することを発見した。これは銅酸化物と同様にルテニウム酸化物も高温超伝導を示す初めての結果である。今後4d及び5d遷移金属酸化物における高温超伝導の探索にも興味が持たれる。
ナノスケールCa2RuO4において観測されたブロードな転移は超伝導揺らぎで解釈できた。また電流－電圧特性におけるユニバーサルジャンプの観測により、2次元超伝導に特有なボルテックスペアによるBerezinskii-Kosterlitz-Thouless（トポロジカル）転移が起こっていることを明らかにした。またバイアス電流を制御することによって超伝導－絶縁体転移の観測に成功し、その時の量子臨界面抵抗（トポロジカル不変量）と臨界指数をそれぞれ決定した。さらに膜厚を制御することによる超伝導－絶縁体転移の観測にも成功した。第一原理計算により薄膜化におけるCa2RuO4の格子定数とRuO6八面体の歪みの関係を明らかにした。
本研究の期間全体の成果としてルテニウム酸化物Ca2RuO4、Sr2RuO4の試料サイズを微小かつ薄膜化するとバルクとは異なるトポロジカル量子物性を示すことを明らかにした。
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[Presentation] High-Tc superconductivity in a ruthenate nanofilm2018
Author(s)
H. Nobukane, K. Yanagihara, Y. Kunisada, Y. Ogasawara, K. Isono, K. Nomura, T. Nomura, T. Akiyama, Y. Asano and S. Tanda
Organizer
12th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductors (M2S-2018)
Int'l Joint Research
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