| 研究課題/領域番号 |
20K20443
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| 補助金の研究課題番号 |
19H05522 (2019)
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| 研究種目 |
挑戦的研究(開拓)
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| 配分区分 | 基金 (2020)
補助金 (2019) |
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| 審査区分 |
中区分29:応用物理物性およびその関連分野
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
白石 誠司 京都大学, 工学研究科, 教授 (30397682)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)
2022年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2021年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2020年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2019年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
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| キーワード | トポロジカル超伝導 / カイラル / 原子膜 / スピン構造 / スピン偏極 / スピン計測 / クーパー対 / スピン流 / 超伝導 / スピントロニクス / トポロジー / トポロジカル / 純スピン流 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
トポロジカル超伝導体や遷移金属ダイカルコゲナイド超伝導体では、スピン軌道相互作用由来のスピンと運動量のロッキングによってクーパー対が自動的に純スピン流になることが申請者の考察から予想される。本提案では従来の物性物理において未発見のこのクーパー対純スピン流の計測に挑戦する。計測には代表者が得意とする電気的なスピン流計測手法を用い、材料としてはトポロジカル超伝導であると期待される原子膜遷移金属ダイカルコゲナイドを用いる。超伝導の実現を嚆矢として、そこにおけるクーパー対がもつスピン構造を上記計測手法で明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
最終年度の2022年度は、引き続きコロナ禍の影響は受けたものの、その表面でカイラルp波超伝導（トポロジカル超伝導）が誘起される原子膜物質であるFeTeSeを用いてスピン計測素子を作製し、その超伝導転移温度の上下で、大きく異なるスピン信号を計測することに成功した。カイラルp波超伝導の場合、トポロジカル絶縁体表面におけるスピン構造と同様の特徴的なスピン構造が誘起されるわけであるが、本研究で作製したスピン素子で、その特徴的なスピン構造が計測できたことになる。対照実験として従来型のs波超伝導体であるNbNを用いてFeTeSeスピン素子と同じ構造を有するスピン素子を作製して計測を行ったが、スピン構造に由来すると考えられる信号は予想通り計測されなかった。s波超伝導体ではスピン構造が生まれないため、NbNスピン素子におけるスピン信号の消失はFeTeSeで計測されたスピン信号の起源がそのカイラルp波性であること、さらにはFeTeSeの表面にトポロジカル超伝導状態が生成されていること、さらに踏み込むと、非可換エニオンであるMajorana準粒子が存在できることを示唆する結果となる。
引き続き様々な角度から対照実験、更に物性理解を深めるための必要な実験を進めていき、本研究で強力な候補材料として提案したFeTeSeがトポロジカル超伝導を実現する好適な材料プラットフォームであることを示し、トポロジカル超伝導を基軸とした超伝導スピントロニクスを発展させていく。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
トポロジカル超伝導状態をスピン計測という切り口から観測していく、という極めて野心的な研究提案であったが、予想以上に順調にトポロジカル超伝導性に起因すると考えられるスピン構造の計測に成功した。
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| 今後の研究の推進方策 |
上記のように、引き続き様々な角度から対照実験、更に物性理解を深めるための必要な実験を進めていき、本研究で強力な候補材料として提案したFeTeSeがトポロジカル超伝導を実現する好適な材料プラットフォームであることを示し、トポロジカル超伝導を基軸とした超伝導スピントロニクスを発展させていく。
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