水素修飾で実現する高転移温度を持つ原子層超伝導体

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K18732
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 秋山 了太 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40633962)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2023-03-31
• キーワード: 超伝導 / 水素修飾 / 原子層物質 / 界面超伝導 / 薄膜 / 水素

研究実績の概要

本研究課題は薄膜や表面・界面で生じる２次元超伝導に関して、水素修飾を行うことで転移温度を上昇させようという試みである。まずは２次元超伝導に関して作製と評価を行った。舞台はグラフェンにCaをインターカレートしたものやFeSe系の原子層超伝導などである。試料作製に関しても容易ではなく、安定して超伝導を発現させるのに必要な条件探索も行った。またFeSeについては均一性の高い薄膜作製が難易度が高く苦労した。作製した超伝導に対して水素修飾を安定的に行い系統的なデータを測定するところまでは至らなかったが、超伝導の機構解明について重要な手がかりを得ることができた。たとえばCaインターカレートグラフェンにおいては、バンド構造とCaが入る原子位置などの情報を、角度分解光電子分光やSTM、電気伝導を用いて相補的に解析したところ、グラフェン層間に入りファンホーべ特異点というバンドが関与している可能性を突き止めた。その影響で、転移温度が伝導度と単純な関係ではなく、ドーム型の形状をとり、非従来型超伝導発現の可能性を示唆した。最終年度はトポロジカル超伝導体であるFe(Se,Te)にも手を広げ、それに対して超高真空中で水素やアルカリ金属を修飾して電気特性の変化が現れるかを調べ始めた。

研究成果

• [雑誌論文] Concerted Effects of Topological Insulators and Ferromagnetism (2023)
  • 著者名/発表者名: AKIYAMA Ryota、TAKASHIRO Takuya、KURODA Shinji、HASEGAWA Shuji
  • 雑誌名: Vacuum and Surface Science 巻: 66 ページ: 28～33
  • DOI: 10.1380/vss.66.28
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-Dimensional Superconductivity of Ca-Intercalated Graphene on SiC: Vital Role of the Interface between Monolayer Graphene and the Substrate (2022)
  • 著者名/発表者名: Toyama Haruko、Akiyama Ryota、Ichinokura Satoru、Hashizume Mizuki、Iimori Takushi、Endo Yukihiro、Hobara Rei、Matsui Tomohiro、Horii Kentaro、Sato Shunsuke、Hirahara Toru、Komori Fumio、Hasegawa Shuji
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 16 ページ: 3582～3592
  • DOI: 10.1021/acsnano.1c11161
  • 査読あり
• [雑誌論文] Soft-Magnetic Skyrmions Induced by Surface-State Coupling in an Intrinsic Ferromagnetic Topological Insulator Sandwich Structure (2022)
  • 著者名/発表者名: Takashiro Takuya、Akiyama Ryota、Kibirev Ivan A.、Matetskiy Andrey V.、Nakanishi Ryosuke、Sato Shunsuke、Fukasawa Takuro、Sasaki Taisuke、Toyama Haruko、Hiwatari Kota L.、Zotov Andrey V.、Saranin Alexander A.、Hirahara Toru、Hasegawa Shuji
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 22 ページ: 881～887
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02952
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Direct Probe of the Ferromagnetic Proximity Effect at the Interface of SnTe/Fe Heterostructure by Polarized Neutron Reflectometry (2022)
  • 著者名/発表者名: Akiyama Ryota、Ishikawa Ryo、Akutsu-Suyama Kazuhiro、Nakanishi Ryosuke、Tomohiro Yuta、Watanabe Kazumi、Iida Kazuki、Mitome Masanori、Hasegawa Shuji、Kuroda Shinji
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 13 ページ: 8228～8235
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c01478
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical Observation of Soft-magnetic Skyrmions in the Sandwich Structure Including Topological Insulator with Self-assembled Ferromagnetic Atomic Layers (2022)
  • 著者名/発表者名: TAKASHIRO T.、AKIYAMA R.、KIBIREV I. A.、MATETSKIY A. V.、NAKANISHI R.、SATO S.、FUKASAWA T.、SASAKI T.、TOYAMA H.、HIWATARI K. L.、ZOTOV A. V.、SARANIN A. A.、HIRAHARA T.、HASEGAWA S.
  • 雑誌名: Vacuum and Surface Science 巻: 65 ページ: 405～410
  • DOI: 10.1380/vss.65.405
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 「トポは端だが役に立つ ~表面・界面で起こる強磁性・超伝導~」 (2022)
  • 著者名/発表者名: 秋山了太
  • 学会等名: 表面科学と原子層科学のエッジ 日本表面真空学会
  • 招待講演
• [学会発表] Growth of atomically flat topological crystalline insulator SnTe(001) thin films using the room temperature wetting layer method and its electrical transport measurements (2022)
  • 著者名/発表者名: Ryota Akiyama, Shingo Kaneta-Takada, Shinobu Ohya, Shota Shimizu, Hiroto Horiuchi, Takuya Takashiro, Shuji Hasegawa
  • 学会等名: 2nd International Symposium on Trans-Scale Quantum Science
• [学会発表] Growth of atomically flat SnTe(001) thin films using the room temperature wetting layer method and its electrical transport measurements (2022)
  • 著者名/発表者名: Ryota Akiyama, Shingo Kaneta-Takada, Shinobu Ohya, Shota Shimizu, Hiroto Horiuchi, Takuya Takashiro, Shuji Hasegawa
  • 学会等名: The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
• [学会発表] Two-dimensional superconductivity in α-Sn/SnTe(111) heterostructure (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuxiao Guo, Ryota Akiyama, Takako Konoike, Yuya Hattori, Takuya Takashiro, Rei Hobara, Taichi Terashima, Shinya Uji, Shuji Hasegawa
  • 学会等名: The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
• [学会発表] Development of the simultaneous measurement system of four-point-probe electrical transport and tunneling spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Sato, Rei Hobara, Ryota Akiyama, Kazumi Watanabe, Shuji Hasegawa
  • 学会等名: The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
• [学会発表] SiC 基板上グラフェンにおけるCa インターカレート誘起超伝導 (2022)
  • 著者名/発表者名: 遠山晴子, 秋山了太, 一ノ倉聖, 橋爪瑞葵, 飯盛拓嗣, 遠藤由大, 保原麗, 松井朋裕, 堀井健太郎, 佐藤瞬亮, 平原徹, 小森文夫, 長谷川修司
  • 学会等名: 日本表面真空学会関東支部セミナー「表面科学と原子層科学のエッジ」
• [学会発表] 高磁場・サブケルビン・超高真空 4 探針電気伝導・トンネル分光同時測定装置の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤瞬亮，保原麗，秋山了太，渡邉和己，長谷川修司
  • 学会等名: SPring-8 ユーザー協同体・日本表面真空学会合同ミニコンファレンス NanospecFY2021mini
• [備考] Researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/rakiyama
• [備考] 研究室
  • URL: http://www-surface.phys.s.u-tokyo.ac.jp/
• [産業財産権] 岩塩型構造を持つ化合物の単結晶薄膜及びその製造方法 (2023)
  • 発明者名: 秋山了太
  • 権利者名: 秋山了太
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/JP2023/7032
  • 外国