| 研究課題/領域番号 |
15J11876
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
大川 顕次郎 東京工業大学, 総合理工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-24 – 2017-03-31
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| キーワード | トポロジカル超伝導 / 単結晶 / スピン軌道相互作用 |
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| 研究実績の概要 |
重元素で構成される層状化合物を対象として、それら重元素由来の強い相対論効果（スピン軌道相互作用）が誘起する新たなエキゾチック超伝導状態の発見を目指して物質/物性開拓を行った。本年度は実験実証に適した物質として、シンプルな電子構造を持つ２次元層状化合物を中心に物質探索を行った結果、２種類の層状Pd系化合物（β-PdBi_2、PdTe_2）が新たなトポロジカル超伝導体候補物質であることを実験および理論的に見出した。
β-PdBi_2においては、育成条件の最適化から大型単結晶育成に取り組み、極低温磁場下での詳細なバルク超伝導特性評価を行った。系統的に組成変化させた磁性/非磁性元素ドープ単結晶を育成して不純物効果を検証、磁性元素による超伝導対破壊効果が強く働く結果を得た。この結果はバルクでは従来型のフルギャップ超伝導状態の形成を示唆する。
また、第一原理電子状態計算からバルクではシンプルな電子構造を持ち、強いスピン軌道相互作用によって電子構造に顕著な変化が生じること、さらにトポロジカルに非自明な表面電子状態が存在することが明らかになった。共同研究として角度分解光電子分光測定による表面電子状態の観察を依頼し、伝導に寄与するフェルミレベル近傍でスピン偏極した表面バンド分散の観測にも成功した。β-PdBi_2は定比組成で初のトポロジカル超伝導体の有力候補物質であり、比較的高い超伝導転移温度、様々な測定に適した層状劈開性等、系の機構解明に適した物質として提案した。
同様の視点から、PdTe_2においても強いスピン軌道相互作用によってトポロジカル表面電子状態が実現することが分かった。また、単結晶への電気化学的手法による選択的層間インターカレーション手法を確立し、超伝導転移温度の制御に取り組んだ。
また、圧力誘起超伝導体InBiにおいて大型単結晶育成に成功しており、電子構造の解析やスピン軌道相互作用の効果等、次年度以降研究を進める。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
物質探索という挑戦的な課題に対して、実際に複数の候補物質を提案できたことは大変意義があると考えている。特にβ-PdBi_2においては定比組成で初のトポロジカル超伝導体の有力候補物質であり、今後の物質/物性開拓のモデル物質になり得る。共同研究も広く進み、さらなる機構解明への発展も期待できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
β-PdBi_2、PdTe_2単結晶の純良化に取り組み、バルク/表面超伝導特性の詳細な解明を目指す。InBiにおいても強いスピン軌道相互作用による新奇な磁場中伝導特性および超伝導の兆候を追究する。これまでの物質探索の知見を活かしてさらなる物質探索にも取り組む。
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