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2019 年度 実施状況報告書

マイクロKまでの超低温における角度分解トンネル分光法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K21845
研究機関金沢大学

研究代表者

吉田 靖雄  金沢大学, 数物科学系, 准教授 (10589790)

研究分担者 岡田 佳憲  沖縄科学技術大学院大学, 量子物質科学ユニット, 准教授 (00707656)
松本 宏一  金沢大学, 数物科学系, 教授 (10219496)
辻井 宏之  金沢大学, 学校教育系, 教授 (10392036)
阿部 聡  金沢大学, 数物科学系, 教授 (60251914)
研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2022-03-31
キーワード超低温 / 非従来型超伝導 / 超伝導対称性 / トンネル分光
研究実績の概要

近年、ビスマス、重い電子系物質、絶縁体基板界面など、超低温領域(100mK近傍からμK領域)で発現する超伝導が相次いで発見され、注目を集めている。しかし、これらの超伝導体は、その転移温度の低さゆえに、測定手法が極端に限られており、さらに転移温度より十分低温での測定が可能な研究機関が世界的にも限られていることから、超伝導の理解が進んでいない。そこで、本研究では、トンネル分光と超低温測定に関して知識と経験を有する応募者が、超低温技術、薄膜作成技術の専門家たちと共同して、超低温における角度分解トンネル分光測定法を確立し、これらの超低温で発現する新奇な超伝導体の発現機構の謎に迫る研究基盤を作る。国内でも非常に限られた研究機関でしか、実現できない研究であり、挑戦的研究として大いに意義がある。
本研究課題の初年度に当たる2019年度は、角度分解トンネル分光測定の開発に向けての装置開発を開始した。まずは、汎用的な装置であるQuantum design社の物理特性測定装置(PPMS)を利用してテスト測定を行うべく、角度回転測定用のプローブの設計を行った。低温部にピエゾ駆動の回転機構(attocube ANR51:研究分担者から提供)を導入した装置の設計・発注が完了し、部品の納品を待っている状況である。コロナ禍で納入が大幅に遅れており、実験が滞っているが、納品されればすぐに装置を組み上げて実験を開始する予定である。また、トンネル接合を作成するための真空蒸着装置(分子線エピタキシー装置)を譲り受け、その立ち上げを行った。半年程度で立ち上げが終了し、コロナ禍が開ければ超伝導体上のトンネル接合の作製に取り掛かる予定である。

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

コロナ禍で角度分解トンネル分光装置を完成させることができなかったために、装置開発に関しては少し当初の予定を過ぎている。一方で、分子線エピタキシー装置の立ち上げは順調にし進み、トンネル接合を作製する基盤が代表者のグロープでも整いった。

今後の研究の推進方策

今後はまず装置に取り付け予定のピエゾ駆動の回転機構が、低温でどの程度の角度分解能を持つかを調べる。具体的には、ビスマス系の高温超伝導体や重い電子系超伝導体CeCoIn5など、超伝導対称性既に明らかになっている超伝導体を用いて、角度分解電気抵抗測定を行う。この予備実験を通し、これらの超伝導体の電気抵抗が低温で磁場印加方向に応じて、その振る舞いを変化させる。また並行して、導入した分子線エピタキシー装置を用いてトンネル接合の作製に取り掛かる。まずは、良く理解されている超伝導体である、NbSe2やビスマス系超伝導体の上に、酸化マグネシウムの絶縁膜を蒸着し、次に絶縁膜の上にクロムなどの金属を蒸着し、トンネル接合を作作製する。

次年度使用額が生じた理由

昨年度は装置開発が少し遅れていたために、PPMSで到達できる低温におけるテスト測定に必要な液体ヘリウム代がかからなかった。今年は繰り越した液体ヘリウム代も用いて実験を行う予定である。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] 走査トンネル顕微鏡による軌道秩序の直接観察:物質表面に現れる新たな秩序2019

    • 著者名/発表者名
      吉田靖雄・Howon Kim・Chi-Cheng Lee・長谷川幸雄
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 54(10) ページ: 513-522

    • DOI

      https://ci.nii.ac.jp/naid/40022054544/

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Defect-induced electronic structures on SnSe surface2019

    • 著者名/発表者名
      Kanta Asakawa, Fumikazu Oguro, Yasuo Yoshida, Hideaki Sakai, Noriaki Hanasaki, Yukio Hasegawa
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 ページ: S2A06

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/1347-4065/ab147d

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Scanning tunneling microscopy on cleaved Mn 3Sn(0001) surface2019

    • 著者名/発表者名
      Hung-Hsiang Yang, Chi-Cheng Lee, Yasuo Yoshida, Muhammad Ikhlas, Takahiro Tomita, Nugroho Agung Agustinus, Taisuke Ozaki, Satoru Nakatsuji, Yukio Hasegawa
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 ページ: 9677

    • DOI

      https://doi.org/10.1038/s41598-019-45958-7

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Bulk ferromagnetic tips for spin-polarized scanning tunneling microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Haze, Hung-Hsiang Yang, Kanta Asakawa, Nobuyuki Watanabe, Ryosuke Yamamoto, Yasuo Yoshida, Yukio Hasegawa
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 90 ページ: 13604

    • DOI

      https://doi.org/10.1063/1.5063759

  • [学会発表] Direct observation of surface-induced orbital order in a strongly-correlated superconductor revealed by gap-dependent scanning tunneling microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuo Yoshida
    • 学会等名
      ELECTRON CORRELATION IN SUPERCONDUCTORS AND NANOSTRUCTURES
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Low temperature scanning tunneling microscopy and spectroscopy study of FeSexTe1-x at the nematic quantum critical point2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuo Yoshida
    • 学会等名
      Superstripes 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 低温走査トンネル顕微鏡を用いた先端計測による強相関電子系の研究; Advanced scanning tunneling microscopy techniques on strongly correlated electron systems2019

    • 著者名/発表者名
      吉田靖雄
    • 学会等名
      分子研コロキウム
    • 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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