超低温・強磁場中STMによる重い電子系の特異な超伝導・磁性の実空間観察

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25707025
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 吉田 靖雄 東京大学, 物性研究所, 助教 (10589790)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 走査トンネル顕微鏡 / 重い電子系超伝導 / 超低温 / 強磁場

Outline of Annual Research Achievements

重い電子系超伝導体CeCoIn5の超低温・強磁場で現れる新たな超伝導相では、そのクーパーペアが有限の運動量を持ち、超伝導特性が空間的に変調するFFLO超伝導が実現していると考えられている。驚くべきことに、この相では磁場によって誘起された磁気秩序が、超伝導と共存していることが実験的・理論的に示唆されている。しかし、それらの実空間観察はいまだ実現されておらず、走査トンネル顕微鏡（STM/S）がその結論を与えるのではないかと期待されている。そこで、超低温・強磁場中で動作するSTM/Sおよびスピン偏極STMを開発し、FFLO超伝導は本当に実現しているのかを明らかにし、さらに磁気秩序との共存関係を明らかにすることが本研究の目的である。
本年度は現有の超低温STMを、本研究課題の目的に沿って改良を行い、CeCoIn5清浄表面を得るために、超高真空チャンバー内での劈開機構を作成し、室温でSTMによる評価を行うことを予定していた。
現在までのところ、超低温STMの改良に関しては、希釈冷凍機の冷却テストが終了し、探針・サンプルの超低温における交換機構、段階的な予備冷却機構、および強磁場・超低温STMのデザインがほぼ完了し、発注の準備を行っている。超伝導マグネットの導入に関しては、マグネットの設計を完了し、平成26年度に納入される予定である。また、CeCoIn5のへき開テストおよび予備実験として、低温400 mK、強磁場6 TまでのSTM/STS測定を行った。その結果、清浄表面の観察に成功し、またトンネルスペクトル測定による超伝導ギャップの観察、更にはこれまで報告されていなかったCeIn面におけるCe原子の可視化に成功し、さらにCeCoIn5の持つマルチギャップ超伝導体の特性から予想される超伝導状態密度の空間変調の観察に成功した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

現有の希釈冷凍機の故障のために、装置の開発に遅延が生じてしまったため。

Strategy for Future Research Activity

現在発注の準備を進めているSTMのテストを室温、超低温で行い、さらに秋に導入予定の超伝導マグネットを使った強磁場中での測定と段階的に行う予定である。また、現有の装置を用いた様々な重い電子系試料の測定を行う予定にしており、現段階ではCdをドープしたCeCoIn5とCeRhIn5のスピン偏極STM実験を予定しており、将来超低温・強磁場STMが完成した際の測定候補物質の基礎データの収集を行う。

Causes of Carryover

平成25年9月、希釈冷凍機によるサンプルのテストの際、調査目標のFFLO相が存在する300mK以下に到達するには現在の冷凍機の性能では不十分であると判明したため、冷凍機の大規模な改造を行う必要が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

14 Tの超伝導電磁石を購入する。

Research Products

• [Journal Article] Microscopic origin of the Pi states in epitaxial silicene (2014)
  • Author(s): A. Fleurence, Y. Yoshida, C.-C. Lee, T. Ozaki, Y. Yamada-Takamura, Y. Hasegawa
  • Journal Title: Applied Physics Lettes Volume: 104 Pages: 021605, 1-4
  • DOI: doi.org/10.1063/1.4862261
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 重い電子系超伝導体CeCoIn5の極低温・強磁場におけるSTM/STS (2014)
  • Author(s): 吉田靖雄，Howon Kim，芳賀芳範，立岩尚之，Zachary Fisk，長谷川幸雄
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県平塚市）
  • Year and Date: 2014-03-28 – 2014-03-28
• [Presentation] 走査トンネル顕微鏡を用いたAg(111)表面上における酸素分子 (2014)
  • Author(s): 山本駿玄，土師将裕，吉田靖雄，長谷川幸雄
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県平塚市）
  • Year and Date: 2014-03-27 – 2014-03-27
• [Presentation] 低温STMによる1次元量子ナノ構造磁性体の構築と局所磁性観察 (2013)
  • Author(s): 吉田靖雄
  • Organizer: 第1回界面ナノ科学研究会
  • Place of Presentation: 公益財団法人新世代研究所（東京都千代田区）
  • Year and Date: 2013-12-25 – 2013-12-25
• [Presentation] スピンを見る顕微鏡 (2013)
  • Author(s): 吉田靖雄
  • Organizer: 第２回関西若手物性研究会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2013-11-09 – 2013-11-09
  • Invited
• [Presentation] Spin-polarized STM study on Co nano-islands formed on Ag(111) surface (2013)
  • Author(s): Y. Yoshida, K. Doi, Y. Hasegawa
  • Organizer: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2013-11-08 – 2013-11-08
• [Presentation] Low-temperature scanning tunneling microscopy / spectroscopy of pristine and doped Picene thin films formed on a noble metal surface (2013)
  • Author(s): H.H. Yang, H.S. Huang, T. Yokosuka, S.Y. Guan, Y. Yoshida, G. Hoffmann, Y. Hasegawa
  • Organizer: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2013-11-08 – 2013-11-08
• [Presentation] 重い電子系超伝導体CeCoIn5の極低温・強磁場におけるSTM/STS (2013)
  • Author(s): 吉田靖雄
  • Organizer: 東京大学物性研究所短期研究会「極限強磁場科学―場、物質、プローブのリンクから融合へ」
  • Place of Presentation: 東京大学物性研究所（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2013-10-31 – 2013-10-31
  • Invited
• [Presentation] スピン偏極STMを用いたAg(111)上における酸素分子の磁性 (2013)
  • Author(s): 山本駿玄，吉田靖雄，長谷川幸雄
  • Organizer: ２０１３年 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス（徳島県徳島市）
  • Year and Date: 2013-09-27 – 2013-09-27
• [Presentation] 単一原子・磁気イメージング (2013)
  • Author(s): 吉田靖雄
  • Organizer: ２０１３年 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス（徳島県徳島市）
  • Year and Date: 2013-09-26 – 2013-09-26
  • Invited
• [Presentation] D-F5PNN粉末試料の磁性 (2013)
  • Author(s): 稲垣祐次，佐藤由昌，河江達也，吉田靖雄，酒井尚子，後藤喬雄，藤井裕，Beatrice Grenier
  • Organizer: ２０１３年 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス（徳島県徳島市）
  • Year and Date: 2013-09-25 – 2013-09-25
• [Presentation] Spin-polarized STM study on Co nano islands on Ag(111) surface (2013)
  • Author(s): Y. Hasegawa, K. Doi, S. Yamamoto, H. Kim, Y. Yoshida
  • Organizer: 19th international vacuum congress IVC-19
  • Place of Presentation: Paris (France)
  • Year and Date: 2013-09-12 – 2013-09-12
• [Presentation] Spin-dependent friction observed on the atomic scale by using atomic manipulation and spin-polarized scanning tunneling microscopy (2013)
  • Author(s): Y. Yoshida, B. Wolter, A. Kubetzka, S.W. Hla, K. Von Bergmann, R. Wiesendanger
  • Organizer: 19th international vacuum congress IVC-19
  • Place of Presentation: Paris (France)
  • Year and Date: 2013-09-11 – 2013-09-11
• [Presentation] In-situ growth and low-temperature scanning tunneling microscopy / spectroscopy of pristine and K-doped picene thin films formed on Ag(111) (2013)
  • Author(s): Y. Yoshida, H. H. Yang, H. S. Huang, T. Yokosuka, S. Y. Guan, G. Hoffmann,Y. Hasegawa
  • Organizer: The International conference on strongly correlated electron systems
  • Place of Presentation: 東京大学、伊藤国際学術研究センター（東京都文京区）
  • Year and Date: 2013-08-08 – 2013-08-08
• [Presentation] In-situ growth and low-temperature scanning tunneling microscopy / spectroscopy of pristine and K-doped picene thin films formed on Ag(111) (2013)
  • Author(s): Y. Yoshida, H. H. Yang, H. S. Huang, T. Yokosuka, S. Y. Guan, G. Hoffmann,Y. Hasegawa
  • Organizer: Hayashi conference
  • Place of Presentation: 湘南国際村センター（神奈川県三浦郡）
  • Year and Date: 2013-07-17 – 2013-07-17
• [Presentation] スピンを見る顕微鏡 (2013)
  • Author(s): 吉田靖雄
  • Organizer: 駒場物性セミナー
  • Place of Presentation: 東京大学駒場キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2013-06-07 – 2013-06-07
  • Invited