光電子顕微分光による銅酸化物高温超伝導のアンドレーエフ束縛状態の観測

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K03749
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 岩澤 英明 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 放射光科学研究センター, 上席研究員 (90514068)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 角度分解光電子分光 / 光電子顕微分光 / 銅酸化物高温超伝導体 / アンドレーエフ束縛状態

研究実績の概要

銅酸化物高温超伝導体はd波の超伝導対称性を有するため、(110)界面に分散を持たないゼロエネルギー・アンドレーエフ束縛状態の存在が理論的に予測されている。実験的にも、アンドレーエフ束縛状態の存在はトンネル分光により広く実証されてきた。しかしながら、原理的に直接観測出来るはずの角度分解光電子分光（ARPES）を用いたアンドレーエフ束縛状態の報告例は存在しない。このことは、ARPES実験に必要な平坦な試料表面の作製が、銅酸化物高温超伝導体の(110)面では困難であったことに起因すると推測される。そこで本研究では「試料の微細加工」・「試料のへき開・破砕の工夫」・「顕微ARPES」を組み合わせることで「非容易へき開面でのARPES手法」を確立し、銅酸化物高温超伝導体の(110)面に現れるアンドレーエフ束縛状態を直接的に観測することを目的とした。

本研究では、入射光をマイクロ集光したマイクロARPESを用いて、細い棒状に成形したLa系銅酸化物高温超伝導体LSCOの(100)面ならびに(110)面の電子状態の測定を行った。マイクロビームの利用により、非容易へき開面である(100)面・(110)面においても、ARPES実験を行うことに成功し、バンド分散やフェルミ面の観測に成功した。特に(110)面では、フェルミ準位近傍に局在する電子状態の観測に成功した。また、長時間を必要とする顕微ARPES計測の高効率化に向けて、機械学習を用いた顕微データ解析手法の開発を行った。教師なし学習の一種であるKmeans法ならびにFuzzy-c-means法を用いて、顕微ARPES空間データのスペクトル特徴を抽出し、顕微ARPES計測の効率化・高速化に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Measurement Informatics in Synchrotron Radiation X-Ray Spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Ueno Tetsuro、Iwasawa Hideaki
  • 雑誌名: Synchrotron Radiation News 巻: 35 ページ: 3～8
  • DOI: 10.1080/08940886.2022.2112497
• [雑誌論文] Design of nano-ARPES beamline at 3-GeV next-generation synchrotron radiation facility, NanoTerasu (2022)
  • 著者名/発表者名: Horiba Koji、Imazono Takashi、Iwasawa Hideaki、Fujii Kentaro、Miyawaki Jun、Ohtsubo Yoshiyuki、Inami Nobuhito、Nakatani Takeshi、Inaba Kento、Agui Akane、Kimura Hiroaki、Takahasi Masamitu
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 2380 ページ: 012034～012034
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2380/1/012034
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of nano-spintronics beamline at 3-GeV next-generation synchrotron radiation facility, NanoTerasu (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohtsubo Yoshiyuki、Ueno Tetsuro、Iwasawa Hideaki、Miyawaki Jun、Horiba Koji、Inaba Kento、Agui Akane、Inami Nobuhito、Nakatani Takeshi、Imazono Takashi、Fujii Kentaro、Kimura Hiroaki、Takahasi Masamitu
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 2380 ページ: 012037～012037
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2380/1/012037
  • 査読あり
• [学会発表] 顕微ARPESにおける機械学習の活用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩澤英明
  • 学会等名: 日本物理学会・領域5シンポジウム「機械学習が拓く物性研究の最前線」
  • 招待講演
• [学会発表] 角度分解光電子分光による量子マテリアル研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩澤英明
  • 学会等名: QST未来ラボ「次世代放射光利用研究グループ」
• [学会発表] Interrelation between electronic and bosonic couplings in high-Tc cuprate (2022)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Iwasawa
  • 学会等名: Asia-Pacific Condensed Matter Physics Conference 2022 (AC2MP2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 銅酸化物のnano-ARPES (2022)
  • 著者名/発表者名: 岩澤英明
  • 学会等名: 日本物理学会・領域8シンポジウム「銅酸化物高温超伝導研究の最前線・局所構造のもたらす電子状態の多様性」
  • 招待講演
• [学会発表] 顕微ARPESで探る銅酸化物高温超伝導体の電子状態 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岩澤英明
  • 学会等名: 兵庫県立大学理学研究科セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Imaging electronic information of quantum materials by photoemission spectromicroscopy with machine-learning-based analysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Iwasawa
  • 学会等名: 2022 Advanced Light Source User Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Recent progress on Spatially-resolved Angle-resolved Photoemission Spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Iwasawa
  • 学会等名: Conference on Laser and Synchrotron Radiation Combination Experiment 2022 (LSC2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Surface inhomogeneity examined by spatially-resolved ARPES (2022)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Iwasawa
  • 学会等名: 2022 Korean Physical Society Spring Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electronic inhomogeneity in Bi2Sr2CaCu2O8+δ revealed by micro photoemission spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Iwasawa, T. Sugiyama, R. Takahashi, S. Ishida, T. Okuda, K. Miyamoto, H. Wadachi, A. Kimur, Y. Yoshida, H. Eisaki
  • 学会等名: The 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
  • 国際学会