微小カイラル超伝導体のエッジ電流による磁化のSQUID測定

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25390046
• Research Institution: Japan Women's University
• Principal Investigator: 石黒 亮輔 日本女子大学, 理学部, 准教授 (40433312)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柏谷 裕美 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (60443181) ; 柏谷 聡 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (40356770)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: カイラル超伝導体 / SQUID / 量子磁束 / 磁気計測 / TDGL方程式

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではマイクロメータサイズからナノメーターサイズの超伝導位相干渉素子（ＳＱＵＩＤ）に集束イオンビーム加工した微小超伝導体を直接載せることで超伝導の磁気的な性質、特にカイラル超伝導体として知られるSr2RuO4に特徴的に現れると予測されたカイラルエッジ電流等の検証を行うことを目的とした。
当初はマイクロメータサイズのアルミＳＱＵＩＤ1個に微小なSr2RuO4を載せることで計測を行ったが、カイラルエッジ電流が誘起する磁化は観測にかからず、バルクサイズの試料で行われた先行研究と一致する結果が得られたが、本研究の微小試料では、一個一個の量子磁束の侵入が観測できたため、量子磁束の侵入とカイラル超伝導つまりカイラルエッジ電流との関係という点から研究を進めた。そのために臨界温度がSr2RuO4の超伝導転移温度よりも十分高いNbを用いたＳＱＵＩＤ、アルミのＳＱＵＩＤを配列状に並べて空間分解能を上げる方法、集束イオンビーム加工によるタングステン超伝導体を用いてＳＱＵＩＤの作製、Sr2RuO4単体の中心に集束イオンビーム加工で穴をあけた試料、Sr2RuO4単体でなSr2RuO4-Ru共晶のRu部分が一個だけ入った微小結晶をＳＱＵＩＤに直接搭載、カイラル超伝導体に特徴的な半整数量子渦の検証など、多方面からの研究を進めた。量子磁束侵入にたいして二種類の特徴的な現象が観測されており、カイラル超伝導に特徴的かどうかの検証を進めている。また微小超伝導体に侵入した磁場および磁束量子の状態を理論的に解析するための手法として、時間依存Ginzburg-Landau（TDGL）方程式を解くプログラムを作成し、微小超伝導体の磁場中での帯磁率の解析を行った。磁束の侵入は形状に敏感に応答することを明らかにし、複数の磁束量子が同時に侵入する条件、またジョセフソン接合周辺の磁場応答などを解析した。

Research Products

• [Journal Article] Development of a Two-Dimensional Micro-SQUID Array for Investigation of Magnetization Spatial Distribution (2016)
  • Author(s): Daisuke Sakuma, Tomoya Shinozaki, Yusuke Nago, Ryosuke Ishiguro, Satoshi Kashiwaya, Shintaro Nomura, Kimitoshi Kono, Hideaki Takayanagi
  • Journal Title: Journal of Low Temperature Physics Volume: １８３ Pages: ３００－３０６
  • DOI: 10.1007/s10909-016-1556-2
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of Magnetization Measurement Devices Using Micro-dc-SQUIDs and a Sr2RuO4 Microplate (2016)
  • Author(s): Y. Nago, Y. Nago, T. Shinozaki, T. Shinozaki, S. Tsuchiya, R. Ishiguro, R. Ishiguro, H. Kashiwaya, S. Kashiwaya, S. Nomura, K. Kono, H. Takayanagi, Y. Maeno
  • Journal Title: Journal of Low Temperature Physics Volume: １８３ Pages: 292-299
  • DOI: 10.1007/s10909-016-1530-z
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Imaging of current density distributions with a Nb weak-link scanning nano-SQUID microscope (2015)
  • Author(s): Yusuke Shibata, Shintaro Nomura, Hiromi Kashiwaya, Satoshi Kashiwaya, Ryosuke Ishiguro, Hideaki Takayanagi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 5 Pages: 15097
  • DOI: doi:10.1038/srep15097
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] マイクロdc-SQUIDを用いたメゾスコピック超伝導Sr2RuO4における半整数磁束量子渦の探索 (2016)
  • Author(s): 佐藤太一, 濱崎拓也, 永合祐輔, 篠崎智也, 石黒亮輔, 柏谷聡, 野村晋太郎, 河野公俊, 前野悦輝, 高柳英明
  • Organizer: 日本物理学会 第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学 泉キャンパス（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] Sr2RuO4-Ru共晶中に誘起される磁束量子渦の観測II (2016)
  • Author(s): 佐久間大輔, 篠崎智也, 永合祐輔, 石黒亮輔, 柏谷聡, 野村晋太郎, 河野公俊, 前野悦輝, 高柳英明
  • Organizer: 日本物理学会 第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学 泉キャンパス（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] 集束イオンビームにより堆積されたタングステンカーバイド膜まわりの磁束イメージング (2015)
  • Author(s): 柴田祐輔, 野村晋太郎, 柏谷裕美, 柏谷聡, 石黒亮輔, 永合祐輔, 高柳英明
  • Organizer: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学 千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [Presentation] Sr2RuO4-Ru共晶中に誘起される磁束量子渦の観測 (2015)
  • Author(s): 佐久間大輔, 篠崎智也, 永合祐輔, 石黒亮輔, 柏谷聡, 野村晋太郎, 河野公俊, 前野悦輝, 高柳英明
  • Organizer: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学 千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [Presentation] SrRuO3薄膜の磁気的性質 (2015)
  • Author(s): 杉本雄亮, M. S. Anwar, 米澤進吾, Y. J. Shin, S. R. Lee, S. J. Kang, 石黒亮輔, 田野佑典, 高柳英明, T. W. Noh, 前野悦輝
  • Organizer: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学 千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [Presentation] Sr2RuO4/Nbジョセフソン接合の磁場応答 (2015)
  • Author(s): 柏谷聡, 柏谷裕美, 馬渡康徳, 小柳正男, 齋藤広大, 田仲由喜夫, 浅野泰康, 前野悦輝
  • Organizer: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学 千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [Presentation] Development of a Two-Dimensional Micro-SQUID Array for Investigation of Magnetization Spatial Distribution (2015)
  • Author(s): Daisuke Sakuma, Tomoya Shinozaki, Yusuke Nago, Ryosuke Ishiguro, Satoshi Kashiwaya, Shintaro Nomura, Kimitoshi Kono, Hideaki Takayanagi
  • Organizer: 2015 International Symposium on Quantum Fluids and Solids
  • Place of Presentation: Niagara Falls, NY USA
  • Year and Date: 2015-08-09 – 2015-08-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Magnetization Measurement Devices Using Micro-dc-SQUIDs and a Sr2RuO4 Microplate (2015)
  • Author(s): Y. Nago, Y. Nago, T. Shinozaki, T. Shinozaki, S. Tsuchiya, R. Ishiguro, R. Ishiguro, H. Kashiwaya, S. Kashiwaya, S. Nomura, K. Kono, H. Takayanagi, Y. Maeno
  • Organizer: 2015 International Symposium on Quantum Fluids and Solids
  • Place of Presentation: Niagara Falls, NY USA
  • Year and Date: 2015-08-09 – 2015-08-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Direct writing of tungsten based nano and micro superconducting quantum interference devices using focused-ion-beam chemical vapor deposition (2015)
  • Author(s): R. Ishiguro, Y. Tano, Y. Nago, H. Takayanagi and K. Kono
  • Organizer: 2015 International Symposium on Quantum Fluids and Solids
  • Place of Presentation: Niagara Falls, NY USA
  • Year and Date: 2015-08-09 – 2015-08-15
  • Int'l Joint Research