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幾何学的位相解析によるフェイゾンイメージング

公募研究

研究領域ハイパーマテリアル:補空間が創る新物質科学
研究課題/領域番号 20H05277
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

吉澤 俊介  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主任研究員 (60583276)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
2021年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
キーワード非周期結晶 / 不整合構造 / 電荷密度波 / 走査型トンネル顕微鏡 / 超伝導 / 走査トンネル顕微鏡 / 不整合変調構造 / 電子定在波
研究開始時の研究の概要

超伝導状態の性質は結晶の周期性を仮定して理解されており、準結晶、複合結晶、不整合変調構造といった非周期結晶における超伝導状態については不明な点が多い。本研究では、フェイゾンとよばれる非周期結晶特有の格子変形の自由度に着目し、それが超伝導状態とどのような関係にあるかを走査トンネル顕微鏡を使って実験的に調べる。とくに、原子配列の微小変位を検出できる幾何学的位相解析とよばれる解析手法を拡張して活用する。

研究実績の概要

本公募研究では、不整合変調構造やミスフィット化合物をふくむ非周期結晶において、それに特有の乱れ(フェイゾンとよばれる)が物性に与える影響を走査トンネル顕微鏡(STM)実験から明らかにすることを目指す。そのためには非周期結晶の構造を正確に測定する必要があり、フーリエ変換フィルタによる変位抽出手法を複数周波数成分に対して行うことを提案した。
2021 年度は、遷移金属ダイカルコゲナイド超伝導体 NbSe2 の電荷密度波の構造を明らかにした。この物質は約 30 K 以下で 3×3 周期に近い格子不整合の電荷密度波を発現する。いくつかの先行研究から、この電荷密度波は局所的には 3×3 の格子不整合ドメインを形成し、ドメイン境界で電荷密度波の位相が急峻に変化することが報告されていた。しかしそのドメインあるいはドメイン境界を正確に可視化する方法がなく、ドメインが空間的にどのように配置しているかは未解明だった。
そこで STM で得た電荷密度波の像をわれわれが提案する手法により解析した。実験的に観測される電荷密度波のドメインは大きく 2 タイプに分類され、それぞれのタイプは位相の違いによってさらに 9 種類に分類されることがわかった。これらの 2 タイプ× 18 種類のドメインは、結晶格子に対する電荷密度波の位相のずれに対応する3つの整数の組によって指数付けでき、その指数を STM 像から抽出できることがわかった。この結果は、1980 年前後に研究されたランダウ自由エネルギーにもとづく現象論において、特定の条件下で予言されるドメイン構造の性質と一致している。40 年近くものあいだ、いわば架空の構造として提案されてきた構造が、実に身近な物質で実現していることを示した成果であり、意義があると考える。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 3件、 招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Atomic-layer Rashba-type superconductor protected by dynamic spin-momentum locking2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshizawa Shunsuke、Kobayashi Takahiro、Nakata Yoshitaka、Yaji Koichiro、Yokota Kenta、Komori Fumio、Shin Shik、Sakamoto Kazuyuki、Uchihashi Takashi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 1462-1462

    • DOI

      10.1038/s41467-021-21642-1

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 極低温走査型トンネル顕微鏡を用いた超伝導体観察2022

    • 著者名/発表者名
      吉澤俊介
    • 学会等名
      NIMS先端計測シンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 走査トンネル顕微鏡による 2H-NbSe2 の電荷密度波ドメイン構造の実空間観測2022

    • 著者名/発表者名
      吉澤俊介, 鷺坂恵介, 坂田英明
    • 学会等名
      日本本物理学会 第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Domain structure of charge density wave in 2H-NbSe2 revealed by scanning tunneling microscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Yoshizawa, Keisuke Sagisaka, Hideaki Sakata
    • 学会等名
      ISSP workshop "Frontier of scanning probe microscopy and related nano science"
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 表面原子層における二次元超伝導と電子散乱2021

    • 著者名/発表者名
      吉澤俊介
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] STM による 2H-NbSe2 の電荷密度波ドメインの可視化2021

    • 著者名/発表者名
      吉澤俊介, 鷺坂恵介
    • 学会等名
      2021年日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] NbSe2 の電荷密度波ドメイン構造の STM 観測2021

    • 著者名/発表者名
      吉澤俊介, 鷺坂恵介, 坂田英明
    • 学会等名
      ワークショップ(5)「超伝導物質、トポロジカル物質」(SCTM2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Electron Standing Waves of Si(111)-(√7×√3)-In Imaged by Scanning Tunneling Microscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Yoshizawa, Keisuke Sagisaka
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Surface Science (ISSS-9)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Imaging sub-angstrom lattice distortion of incommensurate structures using scanning tunneling microscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Yoshizawa, Keisuke Sagisaka
    • 学会等名
      Material Research Meeting 2021 (MRM2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] インジウム原子層における電子定在波の極低温走査トンネル顕微鏡観測2021

    • 著者名/発表者名
      吉澤俊介、鷺坂恵介
    • 学会等名
      NIMS先端計測シンポジウム2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 半導体表面原子層の結晶構造・電子構造・超伝導: 走査トンネル顕微鏡から見えるもの2021

    • 著者名/発表者名
      吉澤俊介
    • 学会等名
      SPring-8ユーザー協同体顕微ナノ材料科学研究会 日本表面真空学会放射光表面科学研究部会 日本表面真空学会プローブ顕微鏡研究部会 合同シンポジウム(NANOSPEC 2021)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] In/Si(111) におけるブロッホ波干渉の STM 観測2021

    • 著者名/発表者名
      吉澤俊介、鷺坂恵介
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 走査トンネル顕微鏡による原子層超伝導体の電子状態計測2021

    • 著者名/発表者名
      吉澤俊介
    • 学会等名
      SCTM2020 ワークショップ「超伝導物質、トポロジカル物質」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] シリコン表面インジウム原子層の結晶構造と超伝導状態2020

    • 著者名/発表者名
      吉澤俊介
    • 学会等名
      物性研究所ワークショップ「ナノスケール物性科学の最先端と新展開」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 磁場に強い超伝導を実現する新たなメカニズムを発見

    • URL

      https://www.nims.go.jp/news/press/2021/03/202103050.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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