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2013 Fiscal Year Research-status Report

カイラル超伝導体におけるトポロジカル不変量

Research Project

Project/Area Number 25800183
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

延兼 啓純  北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (60550663)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywordsカイラル超伝導 / トポロジカル量子現象 / トポロジカル不変量 / メゾスコピック系
Research Abstract

本研究の目的は、電子輸送測定及び走査トンネル分光測定(STM/STS)によりカイラル超伝導体中のマヨラナ(ワイル) 場におけるトポロジカル不変量を探索することである。本年度は特に電子輸送測定を重点的に研究を行った。まず、劈開法によりSiO2/Si基板上に取り出したSr2RuO4単結晶薄膜へ電子ビームリソグラフィーにより6端子電極を作製した。電子ビーム溶着法により試料と電極間の接触抵抗が低いことを確認した試料に対して、極低温(~0.5K)にて磁気抵抗及びホール抵抗を測定した。これまでに報告されているSr2RuO4単結晶の超伝導転移温度は1.5Kであるが、我々の薄膜試料では3K付近から超伝導由来と考えられる電圧変化の異常な振る舞いを観測した。最近の研究によりc軸方向への一軸性圧力下やナノスケール転位近傍では純良なSr2RuO4においても転移温度が3Kへ上昇する報告がされていることから、我々の薄膜試料で得られた結果と3K超伝導相との関連を今後調べる必要がある。また、ゼロ磁場下でのホール測定により量子抵抗値(~h/e2)の観測に成功した。我々の結果は、試料が薄膜であること、またカイラルシングルドメインサイズであることが重要な要素であることを示唆している。伝導面に対して垂直方向へ磁場を掃引した時の電圧変化を測定したところ、ある磁場範囲内で電圧のスイッチング現象を観測した。このスイッチングは1.5K以下で発生しており、カイラル超伝導に起因した現象であると考えている。現在、トポロジカル不変量であるホール抵抗の係数値の観測とスイッチング現象の起源の解明に焦点をあて研究を継続している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、Sr2RuO4単結晶薄膜試料を作製し、電子輸送測定を実施した。3K以下での電圧の特異な振る舞い、量子ホール抵抗の観測、磁場中での電圧スイッチング現象などこれまでに報告されていない興味深い実験結果が得られており、研究は計画通り順調に遂行している。次年度も継続して電子輸送測定を継続する予定である。また極低温STM/STS実験はカイラルp波超伝導の微視的な電子状態を明らかにするために重要な実験手法の一つである。現在、立ち上げ段階のSTM装置の開発を進め、実験を行う予定である。

Strategy for Future Research Activity

本年度の研究結果により明らかになったSr2RuO4超伝導のトポロジカル量子現象に関する起源を明らかにするために、単結晶試料の膜厚依存性や集束イオンビーム装置を用いてリング形状等に加工した試料において、電子輸送測定を遂行する。また、量子ホール抵抗の観測結果から推察される現象として、我々の薄膜試料ではカイラル超伝導状態における自発磁化の観測が期待される。次年度はカンチレバーによる磁気トルク測定の実施も計画している。これは当初の申請書には記載していない研究計画ではあるが、すでに磁気トルク測定に必要な測定環境は整っている。2次元カイラル超伝導体におけるトポロジカルな電気磁気応答を詳細に調べる予定である。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

電子輸送測定用の電子部品の支払いに使用するため
すでに年度末(3月)に電子部品、消耗品等の支払いに使用した

  • Research Products

    (8 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (5 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Topological transport in Sr2RuO42014

    • Author(s)
      H. Nobukane, T. Matsuyama, S. Tanda
    • Journal Title

      Topologica

      Volume: 3 Pages: 未定

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tunneling Spectroscopy on λ-(BETS)2GaCl42014

    • Author(s)
      Y. Oka, H. Nobukane, N. Matsunaga, K. Nomura, F. Sultana, A. Kobayashi, H. Kobayashi
    • Journal Title

      Topologica

      Volume: 3 Pages: 未定

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 有機超伝導体κ-(ET)2Cu[N(CN)2]Brの角度分解STM分光2014

    • Author(s)
      岡雄基,延兼啓純,松永悟明,野村一成,河本充司, 上遠野一広,市村晃一
    • Organizer
      日本物理学会 第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学,平塚市
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] Majorana edge transport in Sr2RuO42013

    • Author(s)
      H. Nobukane, T. Matsuyama, S. Tanda
    • Organizer
      FIRST-QS2C Workshop on "Emergent Phenomena of Correlated Materials"
    • Place of Presentation
      Shinagawa Intercity Hall, Tokyo
    • Year and Date
      20131113-20131116
  • [Presentation] 有機超伝導体β"-(BEDT-TTF)4[(H3O)Ga(C2O4)3]・C6H5NO2のSTM分光2013

    • Author(s)
      高橋周,岡雄基,延兼啓純,松永悟明,野村一成,関春海,井原慶彦,河本充司
    • Organizer
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学,徳島市
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] Topological transport in Sr2RuO42013

    • Author(s)
      H. Nobukane, T. Matsuyama and S. Tanda
    • Organizer
      International Workshop on Phase Transition, Critical Phenomena and Related Topics in Complex Networks
    • Place of Presentation
      Hokkaido University, Sapporo
    • Year and Date
      20130909-20130911
  • [Presentation] Tunneling Spectroscopy on λ-(BETS)2GaCl42013

    • Author(s)
      Y. Oka, H. Nobukane, N. Matsunaga, K. Nomura, F. Sultana, A. Kobayashi and H. Kobayashi
    • Organizer
      International Workshop on Phase Transition, Critical Phenomena and Related Topics in Complex Networks
    • Place of Presentation
      Hokkaido University, Sapporo
    • Year and Date
      20130909-20130911
  • [Remarks] 北海道大学理学研究院物理学部門低次元電子物性研究室ホームページ内

    • URL

      http://exp-ap.eng.hokudai.ac.jp/~nobukane/wiki/index.php

URL: 

Published: 2015-05-28  

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