| 研究領域 | トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア |
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| 研究課題/領域番号 |
15H05853
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
佐藤 宇史 東北大学, 理学研究科, 准教授 (10361065)
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| 研究分担者 |
瀬川 耕司 京都産業大学, 理学部, 教授 (20371297)
柏谷 聡 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 首席研究員 (40356770)
塚崎 敦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50400396)
田仲 由喜夫 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40212039)
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| 研究期間 (年度) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| キーワード | トポロジカル絶縁体 / 対称性 / 電子状態 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、新奇トポロジカル物質の電子状態評価のためにスピン分解光電子分光装置の改良を行うとともに、分子線エピタキシー装置を導入して高品質トポロジカル絶縁体薄膜の作製に着手した。また、スキャニングSQUIDやマイクロSQUIDの開発も行った。実験装置の整備・改良に加えて、(1)トポロジカル量子相転移の解明、(2)ディラック・ワイル半金属相の実現、(3) 表面・界面のディラック電子制御による新奇物性発現、(4)トポロジカル超伝導体の開発と検証、(5)エッジ流・奇周波数電子対・マヨラナ準粒子の検証、の項目を中心に研究を行った。
(2)については、空間反転対称性を破るワイル半金属候補物質NbPの単結晶育成と光電子分光測定を行い、NbおよびP終端面における表面電子構造を独立に決定することに成功した。
(3)については、Fe/W界面におけるディラック電子の質量が磁化方向によって切り替え可能である事を明らかにした。さらに、観測されるエネルギーギャップがどのトポロジカル絶縁体よりも大きい事を見出した。
(4)については、超格子物質 (PbSe)5(Bi2Se3)3mにCuを挿入した超伝導体の電子構造を決定し、フェルミ面トポロジーの精密測定を行った。また、ポイントノードとラインノードの両方が共存する3次元カイラル超伝導体の理論を構築し、UPt3、URu2Si2における超伝導対称性の解明に貢献した。さらに、トポロジカル絶縁体、異常ラシュバ金属を含む超伝導接合の理論を構築した。
(5)については、トポロジカル超伝導体候補物質SrRuO4においてジョセフソン接合における接合サイズを調整することにより、数ミクロン以下では反転対称性を保ったジョセフソン干渉パターンが観察できることを見出した。これにより真のジョセフソン効果の特性が明らかになった。
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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
スピン分解光電子分光装置の建設・改良においては、長期間にわたる高分解能・高効率の測定を実現し、期待通りの装置性能を得ることに成功した。光電子分光装置とMBE装置との真空一貫搬送システムの構築も、当初予定よりも早いペースで進んでいる。また、トポロジカル半金属においては、NbPが空間反転対称性の破れた新しいワイル半金属であることを実験的に同定するなどして、今後の物質探索に弾みがつく成果が得られた。トポロジカル超伝導体においては、これまで報告例が無かったバルクトポロジカル超格子における二次元的なフェルミ面の観測に成功したり、Sr2RuO4において真のジョセフソン効果の特性を見出すなどして、今後の実験・理論研究への重要な寄与が期待できるような成果が得られた。理論においても、ウラン系物質の超伝導対称性について興味深い結果が得られ、トポロジカル絶縁体と超伝導体との接合系のモデルにおいても大きな進展が見られた。以上の事から、研究が概ね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
先端分光装置および試料作製装置の導入・整備においては、平成28年度の早い段階で真空一貫試料搬送システムの導入を行い、高品質テトラジマイトMBE薄膜の作製と角度分解光電子分光実験との強固な連携を確立する。バルク単結晶試料育成装置を早期に立ち上げることで、トポロジカル物質の開発と電子状態評価の連携をさらに強化する。また、新たに公募研究に採択された第一原理計算の専門家との共同研究を行い、新型トポロジカル物質のデザイン・単結晶試料作製・電子分光測定の間の強固なネットワークを構築し、世界に先駆けて新しいトポロジカル物質を提案・実証することを目指す。
トポロジカル物質の研究においては、ワイル半金属・ディラック半金属を中心とした新しいトポロジカル半金属の探索を急ピッチで進める。また、様々なトポロジカル絶縁体にドーピングを施すことによってトポロジカル超伝導の実現を目指す。さらに、これらのトポロジカル半金属・トポロジカル超伝導体における超伝導状態や接合における理論モデルの構築も行う。
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