2020 Fiscal Year Annual Research Report
Detection and control of Majorana particle in vortex core of topological superconductors
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19H01843
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
町田 理 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 上級研究員 (60570695)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | トポロジカル超伝導 / マヨラナ粒子 / 超伝導渦糸 / 走査トンネル顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は,マヨラナ準粒子のプラットフォームとなる新奇トポロジカル超伝導体の開拓に従事した.本研究ではトポロジカル超伝導体ナノアイランドにおけるエッジマヨラナ準粒子をナノアイランド中の磁束渦数の偶奇性により制御する方法に挑戦する予定であり,これを見据えて,将来的にナノアイランド化させやすい単層もしくは薄膜のトポロジカル超伝導候補物質の作製とその評価を行った.具体的にはトポロジカル絶縁体Bi2Se3上に成長させたPbの薄膜とSi(111)表面上のTl3Pbの単層膜を対象とした.どちらも良質な試料の作製に成功し,前者ではナノアイランドの作製にも成功した.これらの試料において超高エネルギー分解能トンネル分光測定を行い超伝導状態の詳細を調べた.前者では明瞭なコヒーレンスピークを有する超伝導ギャップに加え,超伝導ギャップ内にわずかに有限の状態が残っていることを明らかにした.このギャップ内状態についてトポロジカル絶縁体基板のバルク金属状態の染み出しで説明できることを明らかにし,トポロジカル絶縁体基板のバルク絶縁性の重要性を提案した.一方,後者のTl3Pb/Si(111)では,BCS的な超伝導状態が観察され,さらにキャリア濃度制御を用いたリフシッツ転移により超伝導状態を質的に変化させ得る可能性を示した.これらの測定と並行し,磁性体探針によるマヨラナ準粒子のスピン偏極状態の測定を見据えて,スピン偏極探針及び超伝導探針作成のための超高真空システムの導入に従事し,これを完成させた.
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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
本研究では,トポロジカル超伝導体のマヨラナ準粒子の検出と制御を目的としている.すでに,FeSeTeの渦糸芯において,マヨラナ準粒子の一つの兆候であるゼロエネルギー励起の観察に成功し,また外部磁場の強さによってゼロエネルギー励起の出現確率が減少するという,外部磁場によってマヨラナ準粒子制御の可能性を示唆した成果をえている.この点で当初の木出来あるマヨラナ準粒子の検出と制御については,おおむね順調に進展しているといえる.今後は,さらなる制御法の開拓,新奇トポロジカル超伝導体の探索を勧め,さらなる研究の進展を目指す.
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| Strategy for Future Research Activity |
新奇トポロジカル超伝導体の開拓として,トポロジカル絶縁体/超伝導体のヘテロ構造,大きなラッシュバ効果を有する単層膜超伝導体をはじめとした人工構造の開拓を行う.また検出法に関しては,トポロジカル超伝導体の渦糸芯に局在したマヨラナ準粒子のスピン偏極性を,スピン偏極探針と超伝導探針を併用することにより直接捉えることを目指す.さらに,マヨラナ粒子の制御を見据えた,トポロジカル超伝導体ナノアイランドの作成に挑戦する.トポロジカル超伝導体ナノアイランドのエッジにはマヨラナ準粒子が存在しうるが,マヨラナ準粒子が常に対となって存在する性質を考慮すると,ナノアイランド中に導入された渦糸に局在するマヨラナ準粒子とエッジのマヨラナ準粒子の総数が常に偶数にならねばならない.この性質により,ナノアイランド中の渦糸数の偶奇性によりエッジのマヨラナ準粒子の制御が可能となる.トポロジカル超伝導体ナノアイランドの作成に成功した場合には,上記したマヨラナ準粒子の渦糸数の偶奇性による制御法にも挑戦する
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Research Products
(3 results)
