レーザー光電子分光を用いたトポロジカル超伝導体の研究

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19F19030
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 近藤 猛 東京大学, 物性研究所, 准教授 (40613310)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): ZHANG PENG 東京大学, 物性研究所, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2021-03-31
• Keywords: 光電子分光 / トポロジカル物性 / 超伝導

Outline of Annual Research Achievements

層状チェーン構造を持つ擬一次元セミメタルとして知られているZrTe5およびTaSe3に着目し研究を行なった。ZrTe5は弱いトポロジカル絶縁相の候補物質、またTaSe3は強いトポロジカル絶縁相の候補物質として理論的な提案があった。特に、TaSe3は2K以下で超伝導転移を示すことから、マヨラナ粒子創発の舞台としても興味深い。第一原理計算では、ZrTe5やTaSe3に一軸ひずみを適用することにより、強いTI、弱いTI、Dirac半金属、および通常の絶縁体相間でトポロジー相転移することが予測されている。これらは、ひずみで引き起こされるトポロジカル相転移を研究するための理想的な舞台を提供し、マヨラナ粒子を制御する観点でも興味が持たれる。角度分解光電子分光（ARPES）による電子構造の直接観察は、トポロジカル特性を解明する強力な研究手法である。我々はレーザーベースのスピン分解ARPES測定をも実施し、ZrTe5およびTaSe3の電子構造と可能なトポロジカル表面状態（TSS）の最初の明確な観測を報告した。ZrTe5は弱いトポロジカル絶縁相にあること、またTaSe3は強いトポロジカル絶縁相にあることを実験から実証した。我々の結果はさらに、擬一次元TaSe3で発現する強いTI相に由来したトポロジカル超伝導の可能性を示すだけでなく、一軸ひずみでそれを制御する方法を提案した点で特に本研究目的に直結する進展があった。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Observation and control of the weak topological insulator state in ZrTe5 (2021)
  • Author(s): Peng Zhang, Ryo Noguchi, Kenta Kuroda, Chun Lin, Kaishu Kawaguchi, Koichiro Yaji, Ayumi Harasawa, Mikk Lippmaa, Simin Nie, Hongming Weng, V. Kandyba, A. Giampietri, A. Barinov, Qiang Li, G. D. Gu, Shik Shin, Takeshi Kondo.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Pages: 406
  • DOI: 10.1038/s41467-020-20564-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evidence for a higher-order topological insulator in a three-dimensional material built from van der Waals stacking of bismuth-halide chains (2021)
  • Author(s): R. Noguchi, M. Kobayashi, K. Kuroda, T. Takahashi, M. Hirayama, M. Ochi, T. Shirasawa, K. Yaji, A. Harasawa, M. Hashimoto, D. Lu, S. Shin, R. Arita, K. Lai, T. Sasagawa, T. Kondo
  • Journal Title: Nature Materials Volume: 20 Pages: 473
  • DOI: 10.1038/s41563-020-00871-7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Devil's staircase transition of the electronic structures in CeSb (2020)
  • Author(s): K. Kuroda*, Y. Arai, N. Rezaei, S. Kunisada, S. Sakuragi, M. Alaei, Y. Kinoshita, C. Bareille, R. Noguchi, M. Nakayama, S. Akebi, M. Sakano, K. Kawaguchi, M. Arita, S. Ideta, K. Tanaka, H. Kitazawa, K. Okazaki, M. Tokunaga, Y. Haga, S. Shin, H. S. Suzuki, R. Arita, and T. Kondo
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Pages: 2888 (1-9)
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16707-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Observation of small Fermi pockets protected by clean CuO2 sheets of a high-Tc superconductor (2020)
  • Author(s): So Kunisada, Shunsuke Isono, Yoshimitsu Kohama, Shiro Sakai, C_dric Bareille, Shunsuke Sakuragi, Ryo Noguchi, Kifu Kurokawa, Kenta Kuroda, Yukiaki Ishida, Shintaro Adachi, Ryotaro Sekine, Timur K. Kim, Cephise Cacho, Shik Shin, Takami Tohyama, Kazuyasu Tokiwa, Takeshi Kondo.
  • Journal Title: Science Volume: 369 Pages: 833
  • DOI: 10.1126/science.aay7311
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 角度分解光電子分光で調べる空間反転対称性の破れた反強磁性体CoNb3S6の電子構 (2021)
  • Author(s): 田中宏明, 岡崎尚太, 黒田健太, 平山元昭, 野本拓也, 見波将, 野口亮, 新井陽介, 出田真一郎, 田中清尚, 室隆桂之, 有田亮太郎, 笹川崇男, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会(2021年)
• [Presentation] 黒リンの角度分解光電子分光スペクトルにおける量子干渉効果 (2021)
  • Author(s): 野口亮, 黒田健太, 高橋敬成, 新井陽介, 田中宏明, Zhang Peng, 國定聡, 合戸洸平, 室隆桂之, 出田真一郎, 田中清尚, 笹川崇男, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会(2021年)
• [Presentation] 角度分解光電子分光で観察した希薄キャリア超伝導体におけるフラットバンド構造( (2021)
  • Author(s): 秋元優紀, 黒田健太, 越智正之, 川口海周, 櫻木俊輔, 新井陽介, 万宇軒, 黒川輝風, 田中宏明, 有田将司, 出田真一郎, 田中清尚, 辛埴, 平井大悟郎, 廣井善二, 山田高広, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会(2021年)
• [Presentation] レーザー角度分解光電子分光による Ce モノプニクタイドの多体相互作用の観測 (2021)
  • Author(s): 新井陽介, 黒田健太, 野本拓也, 黒川輝風, 辛埴, 久保田正人, 芳賀芳範, 鈴木博之, 岩佐和晃, 有田亮太郎, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会(2021年)
• [Presentation] Visualization of the strain-induced topological phase transition in a quasi-one-dimensional superconductor TaSe3 (2021)
  • Author(s): Chun Lin, Masayuki Ochi, Ryo Noguchi, Kenta Kuroda, Masahito Sakoda, Atsushi Nomura, Masakatsu Tsubota, Peng Zhang, Cedric Bareille, Kifu Kurokawa, Yosuke Arai, Kaishu Kawaguchi, Hiroaki Tanaka, Koichiro Yaji, Ayumi Harasawa, Makoto Hashimoto, Donghui Lu, Shik Shin, Ryotaro Arita, Satoshi Tanda, Takeshi Kondo
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会(2021年)
• [Presentation] Observation and control of the weak topological insulator state in ZrTe5 (2021)
  • Author(s): Peng Zhang, Ryo Noguchi, Kenta Kuroda, Chun Lin, Kaishu Kawaguchi, Koichiro Yaji, Ayumi Harasawa, Mikk Lippmaa, Simin Nie, Hongming Weng, V. Kandyba, A. Giampietri, A. Barinov, Qiang Li, G.D. Gu, Shik Shin, Takeshi Kondo
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会(2021年)
• [Presentation] Incoherent to coherent crossover inside the all-in_all-out antiferromagnetic state of the 5d pyrochlore Cd2Os2O7 (2021)
  • Author(s): C_dric Bareille, Mitsuhiro Nakayama, Hishiro Hirose, Yusuke NomuraA, Kifu Kurokawa, Kenta Kuroda, Shin-ichiro Ideta, Kiyohisa Tanaka, Timur Kim, Cephise Cacho, Shik Shin, Hiroshi Shinaoka, Zenji Hiroi, Takeshi Kondo
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会(2021年)
• [Presentation] 鉄系超伝導体の表面で創発するトポロジカル超伝導 (2021)
  • Author(s): 近藤猛
  • Organizer: つくば-柏-本郷 超伝導かけはしプロジェクト（4）「超伝導物質、トポロジカル物質」
  • Invited
• [Presentation] カゴメ格子積層結晶Fe3Sn2の3次元電子状態：角度分解光電子分光による直接観測 (2020)
  • Author(s): 田中宏明, 藤澤唯太, Barnaby Smith, 黒田健太, 野口亮, 櫻木俊輔, C_dric Bareille, Cephise Cacho, Sungwon JungB, 室隆桂之, 岡田佳憲, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] マイクロ波インピーダンス顕微鏡およびARPESで調べる擬一次元Bi4Br4の高次トポロジカルエッジ状態( (2020)
  • Author(s): 野口亮, 小林賢, 黒田健太, 高橋敬成, Z. JiangC, Z. XuC, D. Lee, 平山元昭, 越智正之, 白澤徹郎, ZhangA, C. LinA, C. Bareille, 櫻木俊輔, 國定聡, 黒川輝風, 矢治光一郎, 原沢あゆみ, V. Kandyba, A. Giampietri, A. Barinov, T. KimH, C. Cacho, 辛埴, 有田亮太郎D, I, K. Lai, 笹川崇男, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] 『悪魔の階段』を示す反強磁性体CeSbにおけるvibronicモードの対称性決定：ARPESおよびラマン分光 (2020)
  • Author(s): 新井陽介, 黒田健太, 櫻木俊輔, Z.H. Tin, W. Zhang, C, 岩佐和晃, 芳賀芳範, 鈴木博之, 北澤英明, 辛埴, 宮坂茂樹, 田島節子, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] 角度分解光電子分光で調べる希薄キャリア超伝導体の電子状態 (2020)
  • Author(s): 秋元優紀, 黒田健太, 川口海周, 櫻木俊輔, 新井陽介, 万宇軒, 黒川輝風, 田中宏明, 有田将司, 出田真一郎, 田中清尚, 辛埴, 平井大悟郎, 廣井善二, 山田高広, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] レーザー角度分解光電子分光で解明する綺麗なCuO2面におけるモット絶縁体近傍の電子状態 (2020)
  • Author(s): 黒川輝風, 磯野隼佑, 小濱芳允, 國定聡, 酒井志朗, 関根遼太郎, 大久保卓, 鶴川智一, 黒田健太, 辛埴, 遠山貴巳, 常盤和靖, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] Various topological states of quasi-one-dimensional bismuth halides revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy (2020)
  • Author(s): 近藤猛
  • Organizer: OPTICS & PHOTONICS International Congress 2020
  • Int'l Joint Research / Invited