2019 Fiscal Year Annual Research Report
時空間反転対称性の破れた超伝導状態の実空間分光測定
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18H01876
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
吉澤 俊介 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主任研究員 (60583276)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 表面・界面 / 走査トンネル顕微鏡 / 電気伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
空間反転対称性の破れた超伝導体において、磁場によってさらに時間反転対称性を破ると、クーパー対が重心運動量をもった「ヘリカル超伝導相」とよばれる新奇状態に転移することが予言されている。この状態の存在を実証するには、(1) 空間反転対称性の無い超伝導体で、(2) 渦糸侵入による超伝導破壊のない状況をつくり、(3) 原子レベルで清浄・平坦な表面を用意した上で、極低温走査トンネル顕微鏡（STM）による強磁場トンネル分光測定を行うことが求められる。本研究提案では、半導体基板上の「表面原子層超伝導体」がこれらの条件を満たすことに着目し、これに強い平行磁場をかけた状態で測定できる極低温STMを開発し、ヘリカル超伝導相の実空間観測を目指す。
令和元年度は、前年度に続きヘリウム3クライオスタットおよびSTMの製作を行うとともに、測定対象であるインジウム原子層超伝導体の物性評価で大きな進展があった。これまでに電気伝導測定において平行磁場に対する臨界磁場がパウリ極限より増大している可能性が高いことを見出していた。このメカニズムを明らかにするため、臨界磁場の温度依存性を密度汎関数理論によるバンド計算結果と合わせて詳細に解析したところ、空間反転対称性の破れに起因して、非磁性不純物による弾性散乱が実効的にスピン軌道散乱としてはたらくため、常磁性対破壊効果が著しく抑制されているという解釈で定量的に説明できることがわかった。
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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
クライオスタットおよびSTMの開発が若干遅れている一方、試料交換用チャンバーの製作において追加で真空備品を導入できており、良い測定条件が整いつつある。また、測定対象物質の解析で想定以上の情報が得られており、総合するとおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は、引き続きクライオスタットと STM の立ち上げを進め、原子層物質での磁場中 STM を目指す。
空間反転対称性の破れによる常磁性対破壊効果の抑制効果については、今年度前半により高磁場まで追加実験を行い、主張の信頼性を高めたうえで出版する予定である。平行磁場中の原子層物質がどのような超伝導状態を取るかに関しては、不純物散乱の強さに加えてフェルミ面やフェルミ速度の異方性を考慮する必要があることがわかったため、理論家と連携して研究を進めていく。
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