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

2014 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: 重い電子系超伝導 / 走査トンネル顕微鏡 / 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14 T超伝導マグネットの導入と3He-4He希釈冷凍機STMの製作及びテストを行い、現在までに1 K以下の極低温において、超伝導体NbSe2の超伝導ギャップの観測に成功している。探針・サンプルの超低温における交換機構を導入間近の段階である。
また、CeCoIn5の低温400 mK、強磁場6 TまでのSTM/STS測定の追実験を行った結果、これまで観察されていた正方格子とは異なる対称性を持つ状態が観察され、現在共同研究者の理論家と議論から劈開表面で磁気秩序が発現している可能性が指摘され、その実験的な証拠を得るために、スピン偏極探針を用いた実験からその磁気秩序の直接観察を目指した実験を計画している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

14 Tマグネットの導入が遅れたことと、STMの動作実験における振動および電気的ノイズ問題に多くの時間を費やさなければならなかったため。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、超低温での安定したSTMの動作を確認すると共に、超低温STMの面内強磁場への適応を早い段階で行う。現在のところ、真空中での試料交換機構が完成していないので、面内強磁場中で最初に試す試料としては、大気中で劈開が可能な超伝導体NbSe2を考えている。NbSe2は面直磁場では5 Tで臨界磁場に達する一方で、面内磁場では15 Tまで臨界磁場が上がることから、渦糸の入り方に興味がもたれる。NbSe2を用いた実験が終了次第、試料交換機構の導入を行い、CeCoIn5の超低温・強磁場での測定に移行する予定である。

Causes of Carryover

装置の開発が遅れており、装置開発に必要な消耗品の購入を次年度に延期したため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

開発している装置のために、新たに物品や消耗品のための利用のために、次年度補助金と合わせて使用する予定である。

Research Products

• [Journal Article] バルクCr探針を用いたW(110)上のMn薄膜のスピン偏極STM/STS観察 (2015)
  • Author(s): 土師将裕、吉田靖雄、長谷川幸雄
  • Journal Title: 表面科学 Volume: 未定 Pages: 未定
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Scanning tunneling microscopy/spectroscopy of picene thin films formed on Ag(111) (2014)
  • Author(s): Yasuo Yoshida, Hung-Hsiang Yang, Hsu-Sheng Huang, Shu-You Guan, Susumu Yanagisawa, Takuya Yokosuka, Minn-Tsong Lin, Wei-Bin Su, Chia-Seng Chang, Germar Hoffmann, and Yukio Hasegawa
  • Journal Title: The Journal of Chemical Physics Volume: 141 Pages: 114701, 1-8
  • DOI: 10.1063/1.4894439
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unusual Magnetic Ordering Observed in Nanosized S = 1/2 Quantum Spin System (CH3)2NH2CuCl3 (2014)
  • Author(s): Yuji Inagaki, Yasutaka Sakamoto, Hiroki Morodomi, Tatsuya Kawae, Yasuo Yoshida, Takayuki Asano, Kohei Hosoi, Hirokazu Kobayashi, Hiroshi Kitagawa, Yoshitami Ajiro, and Yuji Furukawa
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 83 Pages: 054716, 1-6
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.83.054716
  • Peer Reviewed
• [Presentation] CeCoIn5のCeIn面における超伝導ギャップ内残留状態密度のサイト依存性 (2015)
  • Author(s): 吉田靖雄，Howon Kim，芳賀芳範，立岩尚之，鈴木通人，Robert Peters, 有田亮太郎、Zachary Fisk，長谷川幸雄
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-22 – 2015-03-22
• [Presentation] W(110)上のMn薄膜のスピン偏極STM観察 (2015)
  • Author(s): 土師将裕，吉田靖雄，長谷川幸雄
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-21
• [Presentation] Ag(111)表面上のCoナノアイランドにおけるモアレ形状と磁気異方性の関係 (2015)
  • Author(s): 南谷英美，吉田靖雄，長谷川幸雄，渡邉聡
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-21
• [Presentation] Visualization of superconductiveity and magnetism in a heavy Fermion superconductor CeCoIn5 (2015)
  • Author(s): Yasuo Yoshida, Howon Kim, Yoshinori Haga, Naoyuki Tateiwa, Michi-to Suzuki, Robert Peters, Ryotaro Arita, Chi-Cheng Lee, Hsin Lin, Zachary Fisk, Yukio Hasegawa
  • Organizer: 九州大学量子ナノスピン物性研究センター研究会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2015-02-06 – 2015-02-06
  • Invited
• [Presentation] Real space observation of oxygen molecules absorbed on Ag(111) by scanning tunneling microscopy (2015)
  • Author(s): Shunji Yamamoto, Yasuo Yoshida, Yukio Hasegawa
  • Organizer: Symposium on Surface and Nano Science
  • Place of Presentation: 新富良野プリンスホテル（北海道富良野市）
  • Year and Date: 2015-01-14 – 2015-01-14
• [Presentation] Nanoscale magnetometry on single cobalt atoms and cobalt nano structures on surfaces by spin-resolved scanning tunneling microscopy (2014)
  • Author(s): Yasuo Yoshida
  • Organizer: Riken seminar
  • Place of Presentation: 理化学研究所、和光本所（埼玉県和光市）
  • Year and Date: 2014-12-22 – 2014-12-22
  • Invited
• [Presentation] 極低温走査トンネル顕微鏡を用いた物性物理学実験へのスパースモデリングの適用 (2014)
  • Author(s): 吉田靖雄、土師将裕、中西（大野）義典、福島孝治、岡田真人、長谷川幸雄
  • Organizer: スパースモデリング公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学すずかけ台キャンパス（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-15
• [Presentation] Visualization of Ce atoms and site dependent in-gap residual density of state in CeCoIn5 (2014)
  • Author(s): Yasuo Yoshida, Howon Kim, Yoshinori Haga, Naoyuki Tateiwa, Michi-To Suzuki, Zachary Fisk, Yukio Hasegawa
  • Organizer: ICSPM22
  • Place of Presentation: 熱川ハイツ（静岡県賀茂郡）
  • Year and Date: 2014-12-11 – 2014-12-11
• [Presentation] Ag (111)表面における芳香族分子ピセンの薄膜成長と低温STM観察 (2014)
  • Author(s): 吉田靖雄, H. H. Yang, H. S. Huang, S. Y. Guan, 柳澤将, 横須賀拓也, M. T. Lin, W. B. Su, G. Hoffmann, and 長谷川幸雄
  • Organizer: 分子アーキテクトニクス研究会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2014-11-24 – 2014-11-24
• [Presentation] スピンを見る顕微鏡ースピン偏極STMと表面磁性 (2014)
  • Author(s): 吉田靖雄
  • Organizer: 第五回表面科学勉強会
  • Place of Presentation: 東京大学柏キャンパス（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-15
  • Invited
• [Presentation] Ag(111)表面上に低温吸着した酸素分子のSTM観察 (2014)
  • Author(s): 山本駿玄，土師将裕，吉田靖雄，長谷川幸雄
  • Organizer: 第34回表面科学学術講演会
  • Place of Presentation: くにびきメッセ（島根県松江市）
  • Year and Date: 2014-11-07 – 2014-11-07
• [Presentation] バルクCr探針を用いたW(110)上のMn薄膜のスピン偏極STM観察 (2014)
  • Author(s): 土師将裕，山本駿玄，吉田靖雄，長谷川幸雄
  • Organizer: 第34回表面科学学術講演会
  • Place of Presentation: くにびきメッセ（島根県松江市）
  • Year and Date: 2014-11-07 – 2014-11-07
• [Presentation] Visualization of Ce atoms and site dependent in-gap residual density of state in CeCoIn5 (2014)
  • Author(s): Y. Yoshida, H. Kim, Y. Haga, N. Tateiwa, M. Suzuki, Z. Fisk, Y. Hasegawa
  • Organizer: 59th Annual conference on magnetism and magnetic materials
  • Place of Presentation: Hawaii（USA）
  • Year and Date: 2014-11-03 – 2014-11-03
• [Presentation] Nanoscale magnetometry on Cobalt nano-islands on Ag(111) (2014)
  • Author(s): Yasuo Yoshida, Keiji Doi, Emi Minamitani, Shunji Yamamoto, Satoshi Watanabe, Yukio Hasegawa
  • Organizer: VASSCAA-7
  • Place of Presentation: Hsinchu（Taiwan）
  • Year and Date: 2014-10-05 – 2014-10-05
  • Invited
• [Presentation] Ag(111)表面上のCo薄膜におけるモアレ構造と磁性の第一原理計算 (2014)
  • Author(s): 南谷英美，吉田靖雄，長谷川幸雄，渡邉聡
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-19 – 2014-09-19
• [Presentation] W(110)上のMn薄膜を用いたスピン偏極STM用バルクCr探針の評価 (2014)
  • Author(s): 土師将裕，山本駿玄，吉田靖雄，長谷川幸雄
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学春日井キャンパス（愛知県春日井市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-09
• [Presentation] Nanoscale magnetometry on Cobalt nano-islands on Ag(111) (2014)
  • Author(s): Yasuo Yoshida, Keiji Doi, Emi Minamitani, Shunji Yamamoto, Satoshi Watanabe, Yukio Hasegawa
  • Organizer: SP-STM05
  • Place of Presentation: Ohio（USA）
  • Year and Date: 2014-07-15 – 2014-07-15
• [Presentation] スピンを見る顕微鏡 (2014)
  • Author(s): 吉田靖雄
  • Organizer: 東邦大学物理学科コロキウム
  • Place of Presentation: 東邦大学習志野キャンパス（千葉県船橋市）
  • Year and Date: 2014-06-28 – 2014-06-28
  • Invited
• [Presentation] Visualization of Ce atoms and site dependent superconducting properties in CeCoIn5 (2014)
  • Author(s): Yasuo Yoshida, Howon Kim,Yoshinori Haga, Naoyuki Tateiwa, Michi-To Suzuki, Zachary Fisk Yukio Hasegaw
  • Organizer: International Conference on Superconductivity and Magnetism
  • Place of Presentation: Antalya (Turkey)
  • Year and Date: 2014-05-01 – 2014-05-01
• [Presentation] Spin-dependent friction observed on the atomic scale by using atomic manipulation and (2014)
  • Author(s): YASUO YOSHIDA
  • Organizer: International Conference on Superconductivity and Magnetism
  • Place of Presentation: Antalya (Turkey)
  • Year and Date: 2014-04-27 – 2014-04-27