ディラック電子をもつペロブスカイト酸化物ヘテロ接合によるトポロジカル超伝導の実現

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K15448
• Research Institution: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University
• Principal Investigator: 小畑 由紀子 沖縄科学技術大学院大学, 量子物質科学ユニット, ポストドクトラルスカラー (70826255)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 薄膜作製 / ヘテロ界面 / 銅酸化物高温超伝導体 / トポロジカル絶縁体

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、ペロブスカイト型酸化物BaBiO3(BBO)において電子ドープによりワイドギャップトポロジカル絶縁体を実現し、さらにホールドープ型酸化物高温超伝導体Ba1-KxBiO3とのヘテロ構造を用いてトポロジカル超伝導を実現することである。そのため、分子レベルで構造を設計・合成できるレーザー分子線エピタキシー（MBE）を用いて薄膜を作製し、放射光を用いたその場での角度分解光電子分光（in-situ ARPES）を用いてディラック電子の存在及びその超伝導状態を直接検証する。
昨年度はBBO以外のペロブスカイト酸化物ヘテロ構造でトポロジカル超伝導の発現を期待し、トポロジカル絶縁体候補の単層FeTeと銅酸化物高温超伝導体YBa2Cu3O7(YBCO)のヘテロ構造に着目して研究を進めた。YBCOはパルスレーザー堆積法を用いて製膜し、FeTeはMBEを用いて製膜した。YBCOは既に製膜条件最適化が研究室内で完了していたため、反射高速電子回折(RHEED)やARPESで評価を行い、比較的容易に表面が平滑な単相薄膜を得られた。また同様に、研究室内で単層FeSeの製膜条件も研究室内で最適化されていたため、FeTeの製膜条件も比較的短期間で見つけることができた。次に、YBCO上にFeTeを製膜するためにYBCOを超高真空下でFeTe製膜温度まで昇温する際、既にYBCOのRHEEDパターンが消滅した。これはYBCOは超高真空下でアニールすると、酸素が抜け始めて化学的に安定しないとの先行研究の知見と一致していた。FeTe製膜温度をより室温に近い状況で最適化することも試したが、FeTeの相を得ることができず、最終的にFeTe/YBCOのヘテロ構造作製を断念することにした。