研究課題
今年度は主に分子線エピタキシー(MBE)法を用いて①鉄系超伝導体FeSexTe1-x(FST)薄膜の作製、②磁性トポロジカル絶縁体(Cr,Bi,Sb)2Te3(CBST)とFSTのヘテロエピタキシャル接合系の作製を行い、それぞれの試料について輸送特性の評価を行った。①FSTは鉄系超伝導体の中で最も強い電子相関を有しており、また非常に浅く小さいフェルミ面を形成することから特異な超伝導状態が実現していることが指摘されてきた。また興味深いことに試料を薄膜化するとバルクとは異なる超伝導転移温度Tcを示すことが知られており、そのメカニズム解明は重要な課題である。高エネルギー加速器研究機構にて放射光X線回折実験を行ったところ、薄膜試料では構造相転移が抑制されており、バルクとは異なる熱膨張を示すことが明らかになった。さらに電気抵抗、ホール係数、ゼーベック係数、パルス磁場を用いた上部臨界磁場の測定などを様々な組成や膜厚のFSTに対して系統的に測定を行った。その結果、非従来型超伝導体でしばしばみられる量子臨界点がこの系においても存在することが明らかになった。②CBSTは磁性トポロジカル絶縁体として知られ、トポロジカル表面状態に開いた磁気ギャップよりも十分低温で異常量子ホール効果を示す。この系に超伝導近接効果を与えることで、界面で時間反転対称性の破れたトポロジカル超伝導状態が現れることが理論的に予測されている。本研究ではMBE法を用いて原子レベルで平坦なFSTとCBSTの界面を有するヘテロ構造の作製に成功した。さらにこの系では大きな異常ホール伝導度が観測されており、超伝導転移するまで温度帯で量子化値に近づいて増大することが観測された。このことはこの系にトポロジカル超伝導が生じる条件を実証しており、今後カイラルマヨラナエッジモードの検証をする格好の系であることを意味している。
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Physical Review Materials
巻: 8 ページ: L041801
10.1103/PhysRevMaterials.8.L041801