超高真空SQUIDによる表面超構造超伝導のマイスナー効果の検出

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02108
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 長谷川 修司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (00228446)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 原子層超伝導 / マイスナー効果 / SQUID

研究実績の概要

昨年度までに製作してきた、極低温超高真空マイクロ4端子電気伝導ーSQUID結合装置を稼働させ、原子層超伝導の検出実験を行っている。現在の感度は単原子層超伝導の検出までに至っていないが、数十原子層厚の超伝導体のマイスナー効果を検出できるようになった。これは、試料を超高真空中に保持したまま、超伝導反磁性を検出する装置であり、世界的にも類を見ないユニークな実験装置となった。
また、原子層超伝導物質系の探索研究として、新たに２つの物質系を発見した。
（１）トポロジカル結晶絶縁体であるSnTeの表面上にIn原子層を積層させると、Inの超伝導転移温度より高い温度で超伝導に転移することを発見した。これは、InとSnTeの界面に誘起された超伝導であり、トポロジカル超伝導状態の可能性がある。次には、それに特有なマヨラナモードの検出を目指す。
（２）Si(001)表面上に形成されたTlとAuの２原子層が電荷密度波と超伝導転移を起こすことを発見した。磁場印加によって超伝導・絶縁体転移を起こすと、絶縁体状態が電荷密度波相であることを突き止めた。
また、超伝導と並ぶ無散逸伝導を示する量子異常ホール効果状態を比較的高温で実現する候補物質系として、MnTe/BiSbTeヘテロ構造を発見した。MnTe層の磁性秩序によって、トポロジカル絶縁体であるBiSbTeのデイラック型表面状態にギャップが開くこと、MnTeが室温まで強磁性を示すことを光電子分光法やSQUID測定によって明らかにした。これによって、表面状態に開いたエネルギーギャップは非自明なギャップであるため、カイラルエッジ状態が形成されているはずで、その状態を通る無散逸伝導を直接検出するのが次の目標である。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Inst. Automation & Control Processes/Far Eastern Federal University/Saint Petersburg State University(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: Inst. Automation & Control Processes/Far Eastern Federal University/Saint Petersburg State University
  • 他の機関数: 3
• [国際共同研究] 重慶大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 重慶大学
• [雑誌論文] Superconducting single-atomic-layer Tl-Pb compounds on Ge(111) and Si(111) surfaces (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura T.、Takayama A.、Hobara R.、Gruznev D.V.、Zotov A.V.、Saranin A.A.、Hasegawa S.
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 479 ページ: 679～684
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.02.036
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Charge and spin transport on surfaces and atomic layers measured by multi-probe techniques (2019)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Shuji
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 31 ページ: 223001～223001
  • DOI: 10.1088/1361-648X/ab0bf4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic band splitting in monolayer NbSe2: implications for superconductivity and charge density wave (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakata Yuki、Sugawara Katsuaki、Ichinokura Satoru、Okada Yoshinori、Hitosugi Taro、Koretsune Takashi、Ueno Keiji、Hasegawa Shuji、Takahashi Takashi、Sato Takafumi
  • 雑誌名: npj 2D Materials and Applications 巻: 2 ページ: 12-1～-6
  • DOI: 10.1038/s41699-018-0057-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comment on “Quantum transport in the surface states of epitaxial Bi(111) thin films” (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirahara Toru、Hasegawa Shuji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 ページ: 207401-1～-3
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.97.207401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shubnikov?de Haas oscillations in p and n-type topological insulator (Bi x Sb1?x )2Te3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Akiyama Ryota、Sumida Kazuki、Ichinokura Satoru、Nakanishi Ryosuke、Kimura Akio、Kokh Konstantin A、Tereshchenko Oleg E、Hasegawa Shuji
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 30 ページ: 265001～265001
  • DOI: 10.1088/1361-648X/aac59b
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Weak localization in bilayer graphene with Li-intercalation/desorption (2018)
  • 著者名/発表者名: Endo Y、Ichinokura S、Akiyama R、Takayama A、Sugawara K、Nomura K、Takahashi T、Hasegawa S
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 30 ページ: 305701～305701
  • DOI: 10.1088/1361-648X/aaccc4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Edelstein effects in one-atom-layer Tl-Pb compound (2018)
  • 著者名/発表者名: Shiomi Y.、Yamamoto K. T.、Nakanishi R.、Nakamura T.、Ichinokura S.、Akiyama R.、Hasegawa S.、Saitoh E.
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 113 ページ: 052401～052401
  • DOI: 10.1063/1.5040546
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unconventional superconductivity in the single-atom-layer alloy Si(111)?√3×√3?(Tl,Pb) (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura T.、Kim H.、Ichinokura S.、Takayama A.、Zotov A. V.、Saranin A. A.、Hasegawa Y.、Hasegawa S.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 ページ: 134505-1～-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.98.134505
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thickness Dependence of Surface Structure and Superconductivity in Pb Atomic Layers (2018)
  • 著者名/発表者名: Toyama Haruko、Huang Hongrui、Nakamura Tomonori、Bondarenko Leonid V.、Tupchaya Alexandra Y.、Gruznev Dimitry V.、Takayama Akari、Zotov Andrey V.、Saranin Alexander A.、Hasegawa Shuji
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 113601～113601
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.113601
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Superconductivity of Pb Ultrathin Film on Ge(111) Surface (2018)
  • 著者名/発表者名: Toyama Haruko、Huang Hong Rui、Nakamura Tomonori、Bondarenko Leonid V.、Tupchaya Alexandra Y.、Gruznev Dimitry V.、Takayama Akari、Zotov Andrey V.、Saranin Aleksandr A.、Hasegawa Shuji
  • 雑誌名: Defect and Diffusion Forum 巻: 386 ページ: 80～85
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/DDF.386.80
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 表面電子状態 ―タム・ショックレー状態からトポロジカル状態― (2018)
  • 著者名/発表者名: 長谷川修司
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 53 ページ: 565-574
  • 査読あり
• [学会発表] Graphene Intercalation (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Endo, S. Ichinokura, R. Akiyama, A. Takayama, S. Hasegawa, K. SuzukiA, K. SugawaraB, T. Takahashi, K. Nomura, and W.-X. Tang
  • 学会等名: Symposium on Surface and Nano Sciences 2018, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] In/SnTe/Bi(111)構造における二次元超伝導の観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡邉和己, 中西亮介, 秋山了太, 福居直哉, 豊田良順, 西原寛, 長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会（2019年）
• [学会発表] Au/CuSi/Si(111)テンプレート上における原子層青リンの結晶成長とその評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮内恵太, 秋山了太, 保原麗, 長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会（2019年）
• [学会発表] Si(111)上の(Pb,Au)表面合金層の構造と伝導特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 遠山晴子, 中村友謙, 田中宏明, L. V. BondarenkoA, Y. Tupchaya, D. V. Gruznev, 保原麗, 秋山了太, A.V. Zotov, A.A. Saranin, 長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会（2019年）
• [学会発表] Caインターカレート2層グラフェン/SiCの構造：全反射高速陽電子回折 (2019)
  • 著者名/発表者名: 遠藤由大, 深谷有喜, 望月出海, 高山あかり, 兵頭俊夫, 長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会（2019年）
• [学会発表] 磁性トポロジカル絶縁体ヘテロ構造MnTe/ (Bi1-x,Sbx)2Te3の作製とその評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高城拓也, 秋山了太, I. A. Kibirev, A. V. Matetskiy, 遠山晴子, A. V. Zotov, A. A. Saranin, 長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会（2019年）
• [学会発表] Dissipationless currents at atomic layers (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Hasegawa
  • 学会等名: 2018 International Conference on Nanoscience + Technology (ICN+T 2018), Czech.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atomic-Layer Superconductors and Topological Superconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Hasegawa
  • 学会等名: The 3rd Asia-Pacific Symposium on Solid Surfaces (APSSS-3), Korea
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dissipationless currents at atomic layers (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Hasegawa
  • 学会等名: The 3rd International Workshop on Charge transport with multi-tip STM Ttechniques, Germany
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dissipationless currents at atomic layers (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Hasegawa
  • 学会等名: 2018 Workshop of Max Planck-UBC-UTokyo Centre of Quantum Materials, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superconductivity of Pb ultrathin film on Ge(111) surface (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Toyama, H. Huang, T. Nakamura, L.V. Bondarenko; A.Y. Tupchaya; D.V. Gruznev; A. Takayama; A.V. Zotov; A.A. Saranin; S. Hasegawa
  • 学会等名: The 4th Asian School-Conference on Nanostructured Materials (ASCO-NANOMAT 20183), Russia
  • 国際学会
• [学会発表] Superconductivity induced by proximity effect on the SIC phase pf Pb/Ge(111) (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Huang, T. Nakamura, A. Takayama, S. Hasegawa
  • 学会等名: The 3rd Asia-Pacific Symposium on Solid Surfaces (APSSS-3), Korea
  • 国際学会
• [学会発表] 偏極中性子反射率法を用いたFe/SnTeヘテロ構造界面における強磁性近接効果の観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡邉和己, 石川諒, 秋山了太, 阿久津和宏, 飯田一樹, 黒田眞司, 長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会2018
• [学会発表] Bose-metal behavior in epitaxial FeSe thin films grown on SrTiO3 (2018)
  • 著者名/発表者名: SP Liu, Y Takeuchi, JL Wang, R Akiyama, S Hasegawa
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会2018
• [学会発表] Ge(111)基板上Pbの2次元構造と超伝導特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 遠山晴子, H. Huang, 中村友謙, L. V. Bondarenko, A. Y. Tupchaya, D. V. Gruznev, 高山あかり, A.V. Zotov, A.A. Saranin, 長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会2018
• [学会発表] 新奇層状物質青リンのAu(111)へのエピタキシャル成長とその電気伝導特性評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮内恵太, 秋山了太, 中 西亮介, 遠藤由大, 長谷川修司
  • 学会等名: 日本表面真空学会 第3回関東支部講演大会
• [図書] Chapter 6: Transport Measurement; Carrier Transport in Monatomic Two-Dimensional Layers, ed. I. Matsuda (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Ichinokura and S. Hasegawa
  • 総ページ数: 232
  • 出版者: Elsevier
  • ISBN: 978-0-12-814160-1
• [図書] Part II, 第５章 多探針計測法 in 分子アーキテクトにクス ―単分子技術が拓く新たな機能― 日本化学会編 (2018)
  • 著者名/発表者名: 長谷川修司
  • 総ページ数: 220
  • 出版者: 化学同人
  • ISBN: 9784759813913
• [備考] 長谷川研究室
  • URL: http://www-surface.phys.s.u-tokyo.ac.jp/top_j.html