2019 Fiscal Year Annual Research Report
Exploration and control of metastable superconductivity with ultra rapid-cooling methods
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18H01168
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
賀川 史敬 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30598983)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 準安定 / 超伝導 / 急冷 / 強相関電子系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は準安定超伝導の実現・制御を可能にする新しい手法を提示・実証することである。具体的には、圧力・元素置換・電界効果といった従来の手法を一切用いず、代わりに急冷という平衡熱力学の枠組みを逸脱した手法を用いることで、熱力学的には本来非超伝導体である物質に超伝導を実現させることを目指す。
2019年度は遷移金属ダイカルコゲナイドIrTe2を対象に、走査型ラマン顕微鏡を用いて準安定超伝導相と熱力学的安定な電荷秩序相の実空間相分離の研究を行った。この物質は、熱平衡時には~250 Kで構造相転移（単斜晶→三斜晶）を起こし、その際Ir原子の電荷の不均化（電荷秩序）を伴うが、元素置換を行うことによって、この構造相転移を最低温まで熱力学的に不安定化（抑制）させ単斜晶の構造が最低温まで安定になると超伝導が発現することが知られている。前年度において、電気パルス印加を用いた超急冷法によって、元素置換しないIrTe2に対し、準安定な超伝導を発現させることに成功した。本年度は、この準安定相の結晶構造、および相分離の様子を実空間で明らかにするため、走査型ラマン顕微鏡測定を行い、各点ごとにラマンスペクトルを得ることによって、準安定相が高温相と同じラマンスペクトルを示すこと、すなわち単斜晶にあることを明らかにした。また、微小試料を徐冷した際には、試料は準安定超伝導（三斜晶）と電荷秩序相（単斜晶）の相分離状態にあり、両者を分ける境界線（ドメイン壁）は試料中の特定の向きに配向する傾向があることが見出された。詳細な解析を行うことにより、ドメイン壁が配向しやすい向きは、単斜晶と三斜晶の格子定数の違いによって定量的に説明できることが明らかになった。このことは、任意パターンの超伝導ドメインエンジニアリングを行うには、超伝導相と非超伝導相の格子定数が似通っている物質を選択する必要があることを示唆している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
上述のように、遷移金属ダイカルコゲナイドIrTe2において、走査型ラマン顕微鏡測定を行うことで、微小試料における準安定超伝導相と熱力学安定な電荷秩序相の相分離状態の実空間観測に成功し、相分離パターン（具体的には、ドメイン壁が配向しやすい方向）について新たな知見を得ることができた。また、試料体積の小さい試料は１次相転移が開始する温度がより低温になることが実空間測定からも明らかになり、したがって過冷却相を得るにあたって、試料体積の小さいものを用いることが有効であることが確かめられた。これにより、本研究課題の目標である準安定超伝導２例目の発見に向けて、重要な指導指針が得られた。今年度行った実験及び得られた知見は、当初の計画には含まれていなかったものであり、その意味で予想以上の進展が見られたものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
得られた知見から候補物質に調査を行ったところ、現在の指導指針の適合した物質を見出すことができた。最終年度はこの物質に対し、電流パルス誘起の準安定超伝導の発現と制御、及び走査型ラマン顕微鏡を用いた相分離状態の可視化を行う。また局所レーザー照射による、準安定超伝導相の局所書き込み、及び準安定超伝導ドメインの任意のパターン生成を行う。2019年度及び2020年度の成果を論文としてまとめ、国際誌に成果発表を行う。
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