巨大エピタキシャル歪みが誘起する新奇超伝導の探索と解明

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H01804
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 打田 正輝 東京工業大学, 理学院, 准教授 (50721726)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ルテニウム酸化物 / 薄膜 / 超伝導体

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ルチル型酸化物RuO2のエピタキシャル薄膜において発見された歪み誘起超伝導の研究を深め、巨大エピタキシャル歪みが誘起する電子格子状態の変化の解明と新奇超伝導の学理の構築を目指している。本年度は、成膜条件を細かく調節することで、歪み量及び超伝導転移温度が成膜ごとに大きくばらつく原因を解決し、巨大エピタキシャル歪みの制御手法を確立することに成功した。具体的には、オゾンの実効的な供給量及び基板表面の状態に強く依存して歪み量が変化することを明らかにした。これにより、同じ基板方位（TiO2(110)面）及び膜厚（約30nm）で超伝導を示すRuO2薄膜と超伝導を示さないRuO2薄膜を作りわけられるようになり、X線吸収分光や共鳴非弾性X線散乱によって電子格子状態の変化を比較することが可能になった。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

巨大エピタキシャル歪みの制御手法を早期に確立することで、同じ基板方位及び膜厚でも超伝導を示す薄膜と示さない薄膜を作りわけられるようになり、当初の狙いを大きく広げてスペクトロスコピーの手法を組み合わせた超伝導研究が進展している。

Strategy for Future Research Activity

同じ基板方位及び膜厚で超伝導を示す薄膜と示さない薄膜を作りわけられるようになったことで、スペクトロスコピーの手法も利用して電子格子状態の変化を比較し、超伝導発現のメカニズム解明を進める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Massachusetts Institute of Technolog/Brookhaven National Laborator(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Massachusetts Institute of Technolog/Brookhaven National Laborator
• [Journal Article] Maximizing intrinsic anomalous Hall effect by controlling the Fermi level in simple Weyl semimetal films (2022)
  • Author(s): Mizuki Ohno, Susumu Minami, Yusuke Nakazawa, Shin Sato, Markus Kriener, Ryotaro Arita, Masashi Kawasaki, Masaki Uchida
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 105 Pages: L201101-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.L201101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Above-ordering-temperature large anomalous Hall effect in a triangular-lattice magnetic semiconductor (2021)
  • Author(s): M. Uchida, S. Sato, H. Ishizuka, R. Kurihara, T. Nakajima, Y. Nakazawa, M. Ohno, M. Kriener, A. Miyake, K. Ohishi, T. Morikawa, M. S. Bahramy, T. Arima, M. Tokunaga, N. Nagaosa, and M. Kawasaki
  • Journal Title: Science Advances Volume: 7 Pages: eabl5381-1-7
  • DOI: 10.1126/sciadv.abl5381
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Intrinsic coupling between spatially-separated surface Fermi-arcs in Weyl orbit quantum Hall states (2021)
  • Author(s): S. Nishihaya, M. Uchida, Y. Nakazawa, M. Kriener, Y. Taguchi, and M. Kawasaki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Pages: 2572-1-6
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22904-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular beam deposition of a new layered pnictide with distorted Sb square nets (2021)
  • Author(s): M. Ohno, M. Uchida, Y. Nakazawa, S. Sato, M. Kriener, A. Miyake, M. Tokunaga, Y. Taguchi, and M. Kawasaki
  • Journal Title: APL Materials Volume: 9 Pages: 051107-1-4
  • DOI: 10.1063/5.0043453
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantum transport observed in films of the magnetic topological semimetal EuSb2 (2021)
  • Author(s): M. Ohno, M. Uchida, R. Kurihara, S. Minami, Y. Nakazawa, S. Sato, M. Kriener, M. Hirayama, A. Miyake, Y. Taguchi, R. Arita, M. Tokunaga, and M. Kawasaki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 103 Pages: 165144-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.103.165144
  • Peer Reviewed
• [Presentation] トポロジカル半金属における新しい非散逸伝導機能の開拓 (2022)
  • Author(s): 打田正輝
  • Organizer: 第69回応用物理学会春季学術講演会
  • Invited
• [Presentation] 磁性ワイル半金属EuCd2Sb2薄膜における異常ホール角の最大化 (2022)
  • Author(s): 打田正輝
  • Organizer: 第13回低温科学研究センター研究交流会
• [Presentation] トポロジカル半金属とエッジ状態 (2022)
  • Author(s): 打田正輝
  • Organizer: さきがけ「トポロジー」領域 第8回インフォーマルミーティング
• [Presentation] Quantized Transport on Topological Semimetal Fermi Arcs (2021)
  • Author(s): M. Uchida
  • Organizer: 2021 MRS Spring Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Two-Dimensional Quantum Oscillations Observed in Magnetic Topological Semimetal EuSb2 Films (2021)
  • Author(s): M.Ohno, M. Uchida, R. Kurihara, S. Minami, Y. Nakazawa, S. Sato, M. Kriener, M. Hirayama, A. Miyake, Y. Taguchi, R. Arita, M. Tokunaga, M. Kawasaki
  • Organizer: 2021 MRS Spring Meeting
  • Int'l Joint Research