2013 Fiscal Year Annual Research Report
局所マイクロ波複素伝導度測定を用いた量子凝縮相の新しいダイナミクスの研究
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23244070
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
前田 京剛 東京大学, 総合文化研究科, 教授 (70183605)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加藤 雄介 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (20261547)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | マイクロ波顕微鏡 / 同軸共振器 / ＳＴＭ / 不均質伝導度 / トポロジカル絶縁体 / 鉄系超伝導体 / ギャップ方程式 / 準古典方程式 |
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| Research Abstract |
(1)STM型のマイクロ波顕微鏡（11 GHz）を作製し，且つ，それを除震台付きの自作クライオスタット中に組み込んだ。(2)同システムを駆動するソフトウェアーを開発した。(3)同システムを室温，液体窒素温度で駆動し(a)トポロジカル絶縁体Bi2Se3(3)鉄系超伝導体Fe(Se,Te)エピタキシャル薄膜のトポグラフ像，複素マイクロ波応答像（Ｑ値，共鳴周波数の両方）の二次元マップを取得した。空間分解能としては1 nmが達成されている。どちらの物質も，トポグラフ像に現れる凹凸が，Ｑ値・共鳴周波数の両方にも反映されているのが現状であるが，それ以外の電気的な不均質性は観測されなかった。(4)部局の液体ヘリウム液化機更新と本機の完成が重なってしまったため，本報告書執筆中の今日現在液体ヘリウム中での測定はまだ一度も行っていないが，同じく本日デュワーの予冷を開始したので，数日後には液体ヘリウム温度における測定が開始される予定である。(5)不均質性が重要である試料として，KxFe2Se2の作製を開始した。（そのために必要な環境整備も行った。）(6) S波超伝導体の量子渦の直流ホール伝導度の微視的な計算を、一般化された準古典方程式、自己エネルギー方程式、ギャップ方程式、マクスウェル方程式を自己無撞着に解くことによって初めて達成した。(7) トポロジカル超伝導体；カイラルP波超伝導体の渦束縛状態に対する不純物効果をゴリコフ方程式で扱う手法を開発した。(8) (7)の手法を、トポロジカル超伝導系としての、半導体ー強磁性ー超伝導のヘテロ系に適用し、マヨラナ状態の断熱操作の条件を定量的に評価した。
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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
本研究のもともとの計画は，（1）ナノメートルの空間分解能をもつ低温マイクロ波顕微鏡を作製し，(2)平均伝導度測定と併用しながら，(3)局所マイクロ伝導度測定を行い，（a)電子液晶の素励起のキャリヤダイナミクスを測定する(b)トポロジカル絶縁体の表面状態の素励起を調べる(c)磁束量子コアの内外の複素伝導度を分離して測定する というものであった。現状では，(1)(2)が達成され，(3)についての実験・測定が開始された状況である。本研究が採択された初年度，機種選択で失敗があったのと，東日本大震災による影響がメンバーにもあったことなどで，実質的なスタートが１年近く遅れてしまったが，その後機器製作が順調に進み，３年次の終わりにようやく測定ができるようになってきた。最終年次，(3)の部分を徹底的に推進することで，初期の目的を達成したいと考えている。
一方，理論面では，超伝導渦状態に対する複素伝導度の微視的計算の第一段階としてS波超伝導体の直流伝導度の微視的計算が達成できたために、進捗状況は良好と言えるが、ｄ波その他異方的超伝導体の複素伝導度の計算のためにはさらに努力する必要がある
と考えている。トポロジカル物質の伝導特性を調べる基礎として、電流散逸の起源としての不純物効果を複数のトポロジカル超伝導体に対して調べた。トポロジカル超伝導体に対しては必ずしもこれまでの標準的な手法だった準古典理論が適用できないためにゴリコフ方程式に立ち返って不純物効果、マヨラナ状態の特性を調べ得たことで、新年度にトポロジカル超伝導の電磁特性を調べる基礎ができたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
前項に記したように，研究のフェーズは，ひたすら局所マイクロ伝導度測定を行う部分に来ている。当初の(a)電子液晶の素励起のキャリヤダイナミクスを測定する(b)トポロジカル絶縁体の表面状態の素励起を調べる(c)磁束量子コアの内外の複素伝導度を分離して測定する に加えて，(d)不均質鉄系超伝導体の超伝導状態の研究を加えて，それから取り掛かっているところである。(d)(c)(b)(a)の順に，研究期間内には全てのサブジェクトを手がけられるようにしたいと考えている。また，理論面では，D波超伝導体に対して直流伝導度の微視的計算を一般化された準古典方程式、自己エネルギー方程式、ギャップ方程式、マクスウェル方程式を自己無撞着に解くこと、それを元に、複素伝導度の計算を目指す。さらに，トポロジカル超伝導体の伝導特性の微視的計算を目指す。
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[Journal Article] Synthesis, characterization, Hall effect and THz conductivity of epitaxial thin films of Fe chalcogenide superconductors2014
Author(s)
A. Maeda, F. Nabeshima, H. Takahashi, T. Okada, Y. Imai, I. Tsukada, M. Hanawa, S. Komiya, A. Ichinose
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Journal Title
Appl. Sur. Sci.
Volume: 312
Pages: 43-49
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Induced lattice strain in epitaxial Fe-based superconducting films on CaF2 substrates: A comparative study of the microstructures of SmFeAs(O,F), Ba(Fe,Co)2As2, and FeTe0.5Se0.52014
Author(s)
A. Ichinose, I. Tsukada, F. Nabeshima, Y. Imai, A. Maeda, F. Kurth, B. Holzapfel, K. Iida, S. Ueda, M. Naito
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Journal Title
Appl. Phys. Lett.
Volume: 104
Pages: 122603/1-5
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Flux-flow resistivity and penetration depth measurements of BaFe2(As,P)2 − semi-quantitative estimates of gap anisotropy −2014
Author(s)
T. Okada, Y. Imai, H. Takahashi, M. Nakajima, A. Iyo, H. Eisaki, A. Maeda
Organizer
APS (American Physical Society) March Meeting 2014
Place of Presentation
Convention Center, Denver, Colorado, USA
Year and Date
20140305-20140305
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[Presentation] Superfluid and quasiparticle behavior below Tc of strain introduced high-quality epitaxial thin films of Fe(Se,Te)2014
Author(s)
A. Maeda, F. Nabeshima, H. Takahashi, T. Okada, Y. Imai, I. Tsukada, M. Hanawa, S. Komiya, A. Ichinose
Organizer
APS (American Physical Society) March Meeting 2014
Place of Presentation
Convention Center, Denver, Colorado, USA
Year and Date
20140305-20140305
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[Presentation] 鉄系超伝導体のフラックスフロー抵抗とギャップ異方性2013
Author(s)
岡田達典, 高橋英幸, 今井良宗, 鍋島冬樹, 北川健太郎, 松林和幸, 上床美也, 中島正道, 伊豫彰, 永崎洋, 前田京剛
Organizer
第21回磁束線物理国内会議
Place of Presentation
東北大金研，仙台
Year and Date
20131212-20131212
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[Presentation] Comparative study of microstructures of SmFeAs(O,F), Co-doped BaFe2As2, and Fe(Te,Se) superconducting films2013
Author(s)
A. Ichinose, I. Tsukada, F. Nabeshima, Y. Imai, A. Maeda, F. Kurth, B. Holzapfel, K. Iida, S. Ueda, M. Naito
Organizer
26th International Symposium on Superconductivity (ISS2013)
Place of Presentation
Funaboir Tower Hall, Tokyo
Year and Date
20131120-20131120
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[Presentation] Microstructures of Fe(Te,Se), Co-doped BaFe2As2, and SmFeAs(O,F) superconducting thin films on CaF2 substrates2013
Author(s)
A. Ichinose, I. Tsukada, F. Nabeshima, Y. Imai, A. Maeda, F. Kurth, B. Holzapfel, K. Iida, S. Ueda, M. Naito
Organizer
11th European Conference on Applied Superconductivity
Place of Presentation
Magazzini del Cotone, Genova, Italy
Year and Date
20130914-20130918
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