| 研究課題/領域番号 |
22K18966
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
平原 徹 東京工業大学, 理学院, 教授 (30451818)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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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 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2024年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 物性実験 / 原子層薄膜 / 高温超伝導 / トポロジカル超伝導 / 表面界面 / 原子層物質 / 超伝導 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、トポロジカルな性質を有する高温原子層超伝導体を用いて基板界面を磁性元素で修飾することにより、高密度マヨラナ格子を創製することに挑戦する。研究代表者がこれまで研究してきた単層FeSeはSrTiO3(STO)基板上に成長させることで40-109Kという高い転移温度を示す。本研究ではこれを踏まえ、まず単層Fe(Se,Te)/STOのトポロジカル超伝導としての特性を実験的に明らかにする。さらに、自己組織化によって磁性元素で修飾されたSTO表面を基板として単層Fe(Se,Te)を成長することで、無磁場下でトポロジカル超伝導体に特徴的なマヨラナ状態を高密度で生成することを目指す。
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| 研究実績の概要 |
SrTiO3(STO)基板上の単層FeSe薄膜は、40-109Kという高い転移温度Tcで超伝導を示すことが報告されている。これはバルクFeSeのTcが8Kであり、一般に物質を薄膜化するとTcが下がることを考えると、驚くべき事実である。このTc上昇の原因としてSTO基板とFeSe薄膜での界面が重要な役割を与えると考えられているが、我々はこれまでの研究によりSTO基板のNbドープ量が本質的な役割を果たしている可能性を突き詰めた。本研究ではこれを単層Fe(Se,Te)薄膜に発展させ、Fe(Se,Te)のトポロジカル超伝導特性を活用し、さらに自己組織的に磁性元素を並べることで、高温でマヨラナ正方格子を実現することが目的である。
本年度はこの最終目標に向けて、まずはSTO上の単層FeTeの成長様式の評価と物性評価を走査トンネル顕微鏡/分光(STM/STS)測定で行った。まず重要な知見として、FeTeはFeSeよりも低温の300℃で薄膜成長し、400℃程度の加熱により壊れてしまうことが分かった。STSによる電子状態測定において、単層FeTeの性質はバルクのものと大きく違わない反強磁性体であることが分かった。一方、STM像ではSTO表面の√13×√13集計が明確に観測された。この解釈として、FeTeとSTOの界面にTe原子が存在しており、STO表面の構造的な変調をうけるものの、FeSeのようにSTOからの電子ドープは妨げたれている可能性が示唆された。
並行して、角度分解光電子分光による電子状態測定に向けて、新しい装置を購入し測定条件の最適化などを行った。
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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
本研究の主目的的である、高品質な単層Fe(Se,Te)薄膜の作製に向けて重要な知見が得られた。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度得られた高品質な単層FeTe薄膜の作製条件をベースに、単層Fe(Se,Te)薄膜の作製を行い、磁性元素を表面に自己組織化で並べることでマヨラナ状態の検出、およびその高密度集積化に挑戦する。
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