走査プローブ顕微鏡による空間反転対称性の破れた表面超伝導体の特異な物性解明

• 研究課題/領域番号: 15H05453
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 平原 徹 東京工業大学, 理学院, 准教授 (30451818)
• 研究協力者: 田中 友晃 ; 芳野 諒 ; 秋山 健太
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 23,790千円 (直接経費: 18,300千円、間接経費: 5,490千円); 2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2016年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円); 2015年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
• キーワード: 超伝導 / 走査トンネル顕微鏡 / ラシュバ効果 / 物性実験 / 表面・界面 / 表面・界面物性 / 超薄膜

研究成果の概要

本研究ではSrTiO3(001)基板(STO)の表面超構造と、その上に成長させた単一ユニットセルFeSeの超伝導特性の関係を走査トンネル顕微鏡/分光測定を用いて調べた。反射高速電子回折観察を行いながらSTO基板の加熱温度を変化させることで、STOの表面超構造を2×1と√2×√2に作り分けることに成功した。さらにこの表面超構造が、上に成長させたFeSeを介して観察できることがわかり、超伝導ギャップの大きさが超構造に依存している( 2×1 上では10-15 meVで、√2×√2では15-17.5 meV)ことを世界で初めて観測した。この起源はSTO基板の終端面に関連していると思われる。

研究成果

• [国際共同研究] ドナスティア物理国際研究所(スペイン)
• [国際共同研究] トムスク州立大学(ロシア連邦)
• [国際共同研究] 上海交通大学(中国)
• [雑誌論文] Flattening and manipulation of the electronic structure of h-BN/Rh(111) nanomesh upon Sn intercalation (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama Yuya、Bernard Carlo、Okuyama Yuma、Ideta Shin-ichiro、Tanaka Kiyohisa、Greber Thomas、Hirahara Toru
  • 雑誌名: Surface Science 巻: 672-673 ページ: 33-38
  • DOI: 10.1016/j.susc.2018.03.007
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Large-Gap Magnetic Topological Heterostructure Formed by Subsurface Incorporation of a Ferromagnetic Layer (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara, S. V. Eremeev, T. Shirasawa, Y. Okuyama, T. Kubo, R. Nakanishi, R. Akiyama, A. Takayama, T. Hajiri, S. Ideta, M. Matsunami, K. Sumida, K. Miyamoto, Y. Takagi, K. Tanaka, T. Okuda, T. Yokoyama, S. Kimura, S. Hasegawa, E. V. Chulkov
  • 雑誌名: NANO Letters 巻: 17 号: 6 ページ: 3493-3500
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b00560
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Growth and Atomic Structure of Tellurium Thin Films Grown on Bi2Te3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Okuyama, Y. Sugiyama, S. Ideta, K. Tanaka, and T. Hirahara
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 398 ページ: 125-129
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.11.196
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of a Convenient <i>in situ </i>UHV Scanning Tunneling Potentiometry System Using a Tip Holder Equipped with Current-Injection Wires (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura, R. Yoshino, R. Hobara,S. Hasegawa, and T. Hirahara
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 巻: 14 号: 0 ページ: 216-224
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2016.216
  • NAID: 130005282046
  • ISSN: 1348-0391
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Role of Quantum and Surface-State Effects in the Bulk Fermi Level Position of Ultrathin Bi films (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara, T. Shirai, T. Hajiri, M. Matsunami, K. Tanaka, S. Kimura, S. Hasegawa, and K. Kobayashi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 115 号: 10
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.106803
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct observation of a gap opening in topological interface states of MnSe/Bi2Se3 heterostructure (2015)
  • 著者名/発表者名: A.V. Matetskiy, I. A. Kibirev, T. Hirahara, S. Hasegawa, A.V. Zotov, and A.A. Saranin
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107 号: 9
  • DOI: 10.1063/1.4930151
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Target element dependent spin–orbit coupling in polarized 4He+ ion (2015)
  • 著者名/発表者名: 鈴木拓、酒井治、一ノ倉聖、平原徹、長谷川修司
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 巻: 印刷中 ページ: 163-166
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2014.11.055
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Rashba and quantum size effects in ultrathin Bi films (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 巻: 201 ページ: 98-104
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2014.08.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] ビスマス表面におけるスピン依存イオン散乱 (2015)
  • 著者名/発表者名: 一ノ倉聖, 平原徹, 酒井治, 長谷川修司, 鈴木拓
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 36 号: 8 ページ: 408-411
  • DOI: 10.1380/jsssj.36.408
  • NAID: 130005093814
  • ISSN: 0388-5321, 1881-4743
  • 査読あり
• [学会発表] 近接効果によるトポロジカル表面状態の制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平原 徹
  • 学会等名: 第一回HiSORスピン物性研究会~高輝度光源を活かしたスピン分解光電子分光研究の展望~
  • 招待講演
• [学会発表] MnとTeを蒸着したBi2Te3の電子構造とその温度依存性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 横山喜一、奥山裕磨、宮本幸治、出田真一郎、奥田太一、田中清尚、平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] SrTiO3基板上の単層FeSeの超伝導特性の基板表面超構造依存性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 秋山健太、田中友晃、芳野諒、平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Large-Gap Magnetic Topological Heterostructure Formed by Subsurface Incorporation of a Ferromagnetic Layer (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara, S. V. Eremeev, T. Shirasawa, Y. Okuyama, T. Kubo, R. Nakanishi, R. Akiyama, A. Takayama, T. Hajiri, S. Ideta, M. Matsunami, K. Sumida, K. Miyamoto, Y. Takagi, K. Tanaka, T. Okuda, T. Yokoyama, S. Kimura, S. Hasegawa, and E. V. Chulkov
  • 学会等名: BEC2018
• [学会発表] トポロジカル絶縁体表面に埋め込まれた強磁性層 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平原 徹
  • 学会等名: 第８回 真空・表面科学若手研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 自己組織化によって形成された磁性トポロジカル絶縁体ヘテロ接合 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平原 徹
  • 学会等名: 物性研短期研究会「光で 見る・操る 電子物性科学の最前線～強相関, トポロジー, 低次元, ダイナミクス～」
  • 招待講演
• [学会発表] Heterostructure of a topological insulator/magnetic insulator ultrathin film (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Okuyama, S. V. Eremeeev, R. Nakanishi, R. Akiyama, T. Shirasawa, Y. Sugiyama, K. Sumida, K. Miyamoto, T. Okuda, S. Ideta, K. Tanaka, E. V. Chulkov, S. Hasegawa, and T. Hirahara
  • 学会等名: ISSS-8
• [学会発表] Local Superconducting Properties of Single-Unit-Cell FeSe Films on SrTiO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Tanaka, R. Yoshino, K. Akiyama and T. Hirahara
  • 学会等名: ISSS-8
• [学会発表] MnとTeを蒸着したBi2Te3の電子構造とその温度依存性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 横山喜一、奥山裕磨、宮本幸治、奥田太一、田中清尚、平原徹
  • 学会等名: 第８回 真空・表面科学若手研究会
• [学会発表] 磁性絶縁体/トポロジカル絶縁体超薄膜ヘテロ構造の電子状態と磁化特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 奥山裕磨、S. V. Eremeeev、中西亮介、秋山了太、白澤徹郎、角田一樹、宮本幸治、奥田太一、出田真一郎、田中清尚、高木康多、横山利彦、E. V. Chulkov、長谷川修司、平原徹
  • 学会等名: 第８回 真空・表面科学若手研究会
• [学会発表] SrTiO3基板上の単一ユニットセルFeSeの超伝導特性:表面超構造依存性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中友晃, 芳野諒, 秋山健太, 平原徹
  • 学会等名: 第８回 真空・表面科学若手研究会
• [学会発表] MnとTeを蒸着したBi2Te3の電子構造とその温度依存性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 横山喜一、奥山裕磨、宮本幸治、奥田太一、田中清尚、平原徹
  • 学会等名: UVSORシンポジウム2017
• [学会発表] 磁性絶縁体/トポロジカル絶縁体超薄膜ヘテロ構造の電子状態と磁化特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 奥山裕磨、S. V. Eremeeev、中西亮介、秋山了太、白澤徹郎、角田一樹、宮本幸治、奥田太一、出田真一郎、田中清尚、高木康多、横山利彦、E. V. Chulkov、長谷川修司、平原徹
  • 学会等名: UVSORシンポジウム2017
• [学会発表] トポロジカル絶縁体/磁性絶縁体超薄膜ヘテロ接合の電子状態：膜厚依存性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 奥山裕磨、石川遼、黒田真司、平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] SrTiO3基板上の単一ユニットセルFeSeの局所的な超伝導特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中友晃, 芳野諒, 秋山健太, 平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] Inducing magnetism in topological insulators by self organized incorporation of a ferromagnetic layer (2017)
  • 著者名/発表者名: Toru Hirahara
  • 学会等名: Physics at the borderline between 1D and 2D
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dirac Electrons in Condensed Matter Physics (2017)
  • 著者名/発表者名: Toru Hirahara
  • 学会等名: IOP Publishing Young Researchers' Meeting: Frontiers in Fundamental and Applied Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ビスマス系超薄膜・ヘテロ接合の電子構造とスピン物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平原 徹
  • 学会等名: 日本磁気学会第62回スピンエレクトロニクス専門研究会
  • 招待講演
• [学会発表] SrTiO3基板上の単一ユニットセルFeSeの電子状態：表面超構造依存性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中友晃, 芳野諒, 平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
• [学会発表] トポロジカル絶縁体/磁性絶縁体超薄膜ヘテロ接合 I：結晶構造と電子状態 (2017)
  • 著者名/発表者名: 奥山裕磨, S. V. Eremeev, 白澤徹郎, 杉山裕弥, 角田一樹, 宮本幸治, 奥田太一, 出田真一郎, 田中清尚, E. V. Chulkov, 平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
• [学会発表] トポロジカル絶縁体/磁性絶縁体超薄膜ヘテロ接合II：磁化特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中西亮介, 秋山了太, 奥山裕磨, 高木康多, S. V. Eremeev, E. V. Chulkov, 横山利彦, 長谷川修司, 平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
• [学会発表] Heterostructure of a topological insulator/magnetic insulator ultrathin film (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Okuyama, S. V. Eremeeev, R. Nakanishi, R. Akiyama, T. Shirasawa, Y. Sugiyama, K. Sumida, K. Miyamoto, T. Okuda, S. Ideta, K. Tanaka, E. V. Chulkov, S. Hasegawa, and T. Hirahara
  • 学会等名: IOP Publishing Young Researchers' Meeting: Frontiers in Fundamental and Applied Physics
• [学会発表] Local Superconducting Properties of a Single Unit-Cell FeSe Thin Film on SrTiO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Tanaka, R. Yoshino, and T. Hirahara
  • 学会等名: IOP Publishing Young Researchers' Meeting: Frontiers in Fundamental and Applied Physics
• [学会発表] ビスマス超薄膜における半金属半導体転移の検証II (2016)
  • 著者名/発表者名: 平原徹, 白井皓寅, 羽尻哲也, 松波雅治, 田中清尚, 木村真一, 長谷川修司, 小林功佳
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Growth and Electronic Structure of a Tellurium Thin Film on Bi2Te3 (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuma Okuyama, Yuya Sugiyama, and Toru Hirahara
  • 学会等名: The 20th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • 発表場所: Hiroshima University
  • 年月日: 2016-03-09
  • 国際学会
• [学会発表] ビスマス超薄膜における半金属半導体転移の検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平原徹
  • 学会等名: 第一回 ディラック電子系マルチフェロイクス研究会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2016-01-28
• [学会発表] トポロジカル絶縁体/磁性絶縁体超薄膜ヘテロ構造:磁化によるディラックコーン変調に向けて (2016)
  • 著者名/発表者名: 平原 徹
  • 学会等名: 物性研短期研究会「走査トンネル顕微鏡による物性研究の現状と展望」
  • 招待講演
• [学会発表] The Rashba and quantum size effects in ultrathin Bi films (2016)
  • 著者名/発表者名: Toru Hirahara
  • 学会等名: AVS 63rd International Symposium & Exhibition
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 表面・ナノ薄膜の電子物性と原子構造：新奇ディラック電子創出に向けて (2016)
  • 著者名/発表者名: 平原 徹
  • 学会等名: 大阪大学大学院理学研究科物理学専攻セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 単一ユニットセルFeSeの構造と電子状態：STM/STS観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中友晃, 芳野諒, 平原徹
  • 学会等名: 物性研短期研究会「走査トンネル顕微鏡による物性研究の現状と展望」
• [学会発表] 単一ユニットセルFeSeの構造と電子状態：STM/STS観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中友晃, 芳野諒, 平原徹
  • 学会等名: 日本表面科学会関東支部 第4回関東支部セミナー
• [学会発表] Bi2Te3基板上におけるTe単結晶薄膜の作成と電子状態測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 奥山裕磨, 杉山裕弥, 出田真一郎, 田中清尚, 平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
• [学会発表] RHEEDとSTMによるSrTiO3上の１UC-FeSeの成長過程と構造評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 芳野諒, 田中友晃, 平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
• [学会発表] h-BN上へのスタネンの作製と評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 杉山裕弥, 奥山裕磨, 出田真一郎, 田中清尚, C. Bernard, T. Greber, 平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
• [学会発表] 単一ユニットセルFeSeの構造と電子状態：STM/STS観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中友晃, 芳野諒, 平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
• [学会発表] SrTiO3 基板上のFeSe 薄膜の作成と構造評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中友晃, 芳野諒, 平原徹
  • 学会等名: 日本表面科学会第１回関東支部講演大会
• [学会発表] Bi2Te3基板上のTe薄膜の成長と電子状態 (2016)
  • 著者名/発表者名: 奥山裕磨, 杉山裕弥, 平原徹
  • 学会等名: 日本表面科学会第１回関東支部講演大会
• [学会発表] Surface and Bulk States of Ultrathin Bi films: Electronic Structure and Transport Properties (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara, M. Aitani, T. Shirai, S. Ichinokura, M. Hanaduka, D. Y. Shin, T. Hajiri, M. Matsunami, K. Tanaka, S. Kimura, K. Kobayashi, and S. Hasegawa
  • 学会等名: 15th International Conference on the Formation of Semiconductor interfaces
  • 発表場所: International Conference Center Hiroshima
  • 年月日: 2015-11-15
  • 国際学会
• [学会発表] ビスマス超薄膜における半金属半導体転移の検証 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平原徹, 白井皓寅, 羽尻哲也, 松波雅治, 田中清尚, 木村真一, 長谷川修司, 小林功佳
  • 学会等名: UVSORシンポジウム
  • 発表場所: 分子科学研究所
  • 年月日: 2015-11-06
• [学会発表] 表面・界面でのスピン軌道相互作用：ビスマス系化合物を中心に (2015)
  • 著者名/発表者名: 平原徹
  • 学会等名: 第七回 神楽坂 凝縮系理論勉強会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2015-08-08
  • 招待講演
• [備考] 平原研究室WEBページ
  • URL: http://www.surfnano.phys.titech.ac.jp/index.html