2014 Fiscal Year Annual Research Report
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25247053
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
内橋 隆 独立行政法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, MANA研究者 (90354331)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂本 一之 千葉大学, 融合科学研究科(研究院), 准教授 (70261542)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 超伝導材料・素子 / 表面･界面物性 / 物性実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、引き続き半導体表面超構造における超伝導現象を、電気伝導測定および低温走査トンネル顕微鏡測定(STM)などの手法によって研究した。
まず、磁性有機分子がシリコン表面上のインジウム原子層(Si(111)-(R7xR3)-In)の超伝導に対して及ぼす影響について調査した。前年度は、銅フタロシアニンを一層程度蒸着し、自己組織化配列させたところ、Tcは最初上昇し、その後二層目から低下する振る舞いを見いだした。今年度は、比較のためマンガンフタロシアニンおよび鉄フタロシアニンを同様に自己組織化配列させたところ、全く異なる振る舞いが観測された。特に、マンガンフタロシアニンの場合は、わずかな吸着量によってTcが大きく下がり、0.5ML程度で超伝導転移が消滅した。また、4K以下の温度領域で、一度下がった抵抗値が温度降下と共に上昇する振る舞いを見いだした。これは、マンガンフタロシアニンのスピンと伝導電子の相互作用によって生じた近藤効果に起因すると考えられる。
このような現象をより詳細に理解するため、UVSOR放射光施設においてX線磁気円二色性(XMCD)測定をおこなった。Si(111)-(R7xR3)-In表面に吸着後も、マンガンフタロシアニンは、スピンおよび軌道磁気モーメントを保持していることがわかった。このため、わずかな吸着量で超伝導が強く抑制されたと考えられる。
また、前年度に磁場中低温STMを用いて、Si(111)-(R7xR3)-In表面の原子ステップにトラップされた量子渦を観測し、その特異な状態はジョセフソン渦と考えられることを指摘した。今年度は微視的な理論計算と詳細に比較することで、この発見を確かなものとした。これは、原子ステップがジョセフソン接合となることを明瞭に示しており、これまでのわれわれの電気伝導測定の結果をよく説明することがわかった。
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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
研究計画の当初から、有機分子の自己組織化を用いた超伝導特性の制御を目標にあげていたが、期待したとおりの成果が得られつつある。特に、フタロシアニン分子の中心に配位する磁性金属の種類に依存して、超伝導特性に異なる振る舞いが観測されたことは非常に興味深く、その起源をさらに詳細に調査するに値する。また、シリコン表面において自然に存在する原子ステップがジョセフソン接合として働き、ジョセフソン渦という特異な量子状態をとることを実験および理論の両方の観点から明らかにした。これは研究開始前には予期しなかった成果であり、表面超構造における超伝導現象の際だった特徴を示す一例である。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに導入した新型超高真空対応クライオスタットの整備を進め、極低温・強磁場の環境下でさまざまな種類の試料の電気伝導測定を行う。これによって、スピン軌道相互作用に起因するラシュバ効果の超伝導への影響を明らかにする。磁性有機分子がもつスピンが超伝導に与える影響や、分子・原子からのキャリアドーピングの影響についても、今後研究を進める。このため、第一原理計算と比較することで、有機分子の磁性や電子状態に関して明らかにする。さらに最近提唱されたSi(111)-(R7xR3)-Inの新しい原子構造モデルについてもその妥当性を検証し、有機分子吸着構造およびその電子状態の正しい理解を通じて、これまでに見いだした超伝導への影響をより正確に理解する。
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[Journal Article] Recent progress in scanning electron microscopy for the characterization of fine structural details of nano materials2014
Author(s)
M. Suga, S. Asahina, Y. Sakuda, H. Kazumori, H. Nishiyama, T. Nokuo, V. Alfredsson, T. Kjellman, S.M. Stevens, H.S. Cho, M. Cho, L. Han, S. Che, M.W. Anderson, F. Schuth, H. Deng, O.M. Yaghi, Z. Liu, H.Y. Jeong, A. Strein, K. Sakamoto, R. Ryoo, and O. Terasaki
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Journal Title
Progress in Solid State Chemistry
Volume: 42
Pages: 1-21
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Structural and electronic characterization of supramolecular motors on a Au(111) substrate2015
Author(s)
S. Vijayaraghavan, P. Mishra, S. Yoshizawa, J. P. Hill, W. Van Rossom, M. Grisolia, J. Echeverria, T. Ono, K. Ariga, T. Nakayama, C. Joachim, and T. Uchihashi
Organizer
日本物理学会 第70回年次大会
Place of Presentation
早稲田大学早稲田キャンパス（東京都）
Year and Date
2015-03-21 – 2015-03-24
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[Presentation] A Current-driven Supramolecular Motor with In-situ surface Chiral Directionality Switching2015
Author(s)
S. Vijayaraghavan, P. Mishra, S. Yoshizawa, J. P. Hill, W. Van Rossom, M. Grisolia, J. Echeverria, T. Ono, K. Ariga, T. Nakayama, C. Joachim, and T. Uchihashi
Organizer
MANA International Symposium 2015
Place of Presentation
Tsukuba, Japan
Year and Date
2015-03-11 – 2015-03-13
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