| 研究課題/領域番号 |
20K20443
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| 配分区分 | 基金 |
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
白石 誠司 京都大学, 工学研究科, 教授 (30397682)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | トポロジカル超伝導 / スピン流 |
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| 研究実績の概要 |
研究2年目の2020年度は、クーパー対純スピン流計測技術の基軸となる垂直磁化膜の成長と、同磁化膜電極の対象材料系への作製、更に実現が期待されるクーパー対純スピン流計測の障壁となりうる、磁化膜電極と対象材料の間に形成されるショットキー障壁高さの見積もりを行った。垂直磁化膜には[Co/Pt]多層膜を、対象材料としてはTMD系では（厳密にはトポロジカル超伝導の舞台とはなりえないが、同じ原子膜材料で基礎物性が近く入手が容易な）MoS2を、また本丸となるトポロジカル超伝導候補物質としてはFeTeSeを用いた。
[Co/Pt]多層膜はMoS2、FeTeSe双方の上で問題なく成長し、垂直磁化を有していることも異常ホール効果測定で確認できた。キュリー温度は300Kをやや下回るほどであるが超伝導状態の観測には問題ないことも確認した。MoS2と[Co/Pt]多層膜の間に形成されるショットキー障壁については、従来報告の1/10に低減できること、この低減がPtの少数電子密度性に由来することを明らかにし、NPG Asia Materials誌（インパクト・ファクター＝8.7）に論文を掲載した。FeTeSeについては、超伝導と磁性という本来相性の悪い2つの物性の共存が可能かどうかを実験的に確認し、FeTeSeのバルク状態の超伝導転移温度と、薄膜状態かつ垂直磁化膜との接合系のそれがほぼ同じ（Tc=14K)であることを見出した（論文準備中）。
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| 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
トポロジカル超伝導になりうると言われる候補物質にはいくつかあるが、本提案では取り扱いが容易でヘテロ接合を必要としない原子膜系材料（遷移金属および鉄カルコゲナイド）を対象としている。遷移金属系ではWTe2が第1候補、鉄系ではFeTeSeが第1候補である。2年目終了時にすでにFeTeSeにおけるp波クーパー対純スピン流計測のための基盤技術と基盤デバイスの構築に成功しており、研究は概ね順調に推移していると判断できる。WTe2についても、MoS2の知見をベースに同様の実験を準備しており、次年度以降の発展が大きく期待できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
上記の通りFeTeSe系素子では超伝導転移温度近傍でのスピン信号の計測を開始する。またWTe2についても、ワイル半金属であること、イオンゲートで超伝導が発現することがすでに理解されており、特異なスピン物性が超伝導とトポロジーの文脈で発現することが期待できるので、引き続き実験をすすめる。また広くトポロジカル超伝導候補材料系としてd波ヘテロ接合系も候補に入れて研究をすすめる他、理論的にもトポロジカル物質として近年提案・注目されているスタネンなどのIV属原子膜や、超伝導状態のスピン計測という視点からイジング超伝導の発現する系にも視野を広げて研究を推進する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
特記事項なし
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| 備考 |
京都大学国際広報室を通じてプレス発表
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