2023 Fiscal Year Annual Research Report
Unconventional nature of superconducting NbSe2 atomic layers
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22K20362
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
成塚 政裕 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, 基礎科学特別研究員 (20960173)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 原子層薄膜 / ツイストロニクス / 走査トンネル顕微鏡 / 分子線エピタキシー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年バルクでは従来型超伝導を示すが、原子層程度への薄膜化や異種物質との接合によってバルクとは異なる超伝導の振る舞いを示す系が報告され始めている。本研究では単層まで超伝導が生き残るファンデルワールス層状超伝導体NbSe2を対象に、特に、ひねり積層が超伝導に与える影響に注目し研究を行った。
本研究では、原子レベルで平坦・正常な原子層薄膜が得られる分子線エピタキシー法を用い、NbSe2の単層薄膜をグラフェン基板上に積層した試料を作製した。極低温走査トンネル顕微鏡（STM）測定の結果、基板のグラフェンの格子方向に対しNbSe2の格子方向がずれたひねり積層試料が得られることが分かった。さらに、ひねり積層試料の超伝導状態でのみ、捻じれたボゴリューボフ準粒子干渉パターン(BQPI)が現れることを見出した。BQPIの観測されたひねり積層試料では、グラフェンとNbSe2のフェルミ面の重なりが生じる波数において、超伝導近接効果により生じたボゴリューボフ準粒子の散乱が生じていると考えられる。最終年度には、24度、28度、０度と異なるひねり積層の測定から、グラフェンとNbSe2のガンマ点周りのフェルミ面の重なりが特にBQPIに影響を与えることを明らかにした。
以上の結果は、積層のひねり角度を変えることによりフェルミ面の重なりの有無やその度合いを制御し、超伝導状態を連続的に調節できる可能性を示唆している。2次元超伝導体の新たな制御方法の指針となる重要な結果といえよう。
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