| 研究課題/領域番号 |
22K14004
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
浅場 智也 京都大学, 理学研究科, 特定准教授 (90909417)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 超伝導 / 重い電子 / 薄膜 / STM |
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| 研究実績の概要 |
トポロジカル超伝導体において創発されるマヨラナ準粒子は、その非可換エニオンという新奇の統計性を示す粒子の元となる粒子として基礎物理学の立場から興味が持たれているだけでなく、トポロジカル量子計算という誤り耐性の高い量子計算を可能にする粒子として、近年世界中で注目され活発に研究されている。本研究では極低温走査型トンネル顕微鏡によりCeCoIn5原子層膜に対しその場観察を行い、純粋な２次元のCeCoIn5でも重い電子の形成が起こり、超伝導に転移するかを検証し、さらに異方的超伝導体を用いた世界初のマヨラナ準粒子創発の決定的証拠を得ることを目指す。
初年度はCeCoIn5原子層膜の作製およびSTMによるスペクトル観察に注力した。MgF2を基板に用い、その上に20nm程度のYbCoIn5をバッファー層として成長させ、その上に薄膜CeCoIn5をエピタキシャル成長させた。作製された試料の表面ををSTM装置で観測した。試料を3He温度まで冷却し、単原子層CeCoIn5のトンネル伝導度を測定した結果、単層膜でも混成ギャップが生じることがわかった。さらに、極低温ではゼロバイアスにもギャップが生じることがわかった。このギャップは高温や高磁場では抑制されることから、超伝導ギャップであることがわかった。これらの結果から、f原子重い電子系単層膜は純粋な２次元系でも混成し、かつ超伝導を示すことがわかった。このような純２次元系での重い電子系超伝導の実現は世界で初めてのことである。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
初年度は、当初の予定通り、CeCoIn5原子層膜の作製およびSTMによるスペクトル観察に成功した。試料を3He温度まで冷却し、単原子層CeCoIn5のトンネル伝導度を測定した結果、混成ギャップおよび超伝導ギャップを観測した。これらは、世界で初めて、純粋な２次元系のf原子重い電子系単層膜が実現していることを示す。さらに、当初の予定を超えて、単原子層だけではなく複数原子層でのスペクトル観察も行った。その結果、単原子層から６原子層にいたるまで、混成ギャップと超伝導ギャップが形成されることがわかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
超伝導状態および混成ギャップが単原子層で形成されることがわかったので、今後は超伝導の性質に注目し研究を行う。特に、この系で強いラシュバ相互作用があるかどうかはトポロジカル超伝導状態の実現に関係する重要な要素であるため、上部臨界磁場の温度依存性を測定する。また、この系においてマヨラナ準粒子の探索を行う。理論的には、薄膜と基板の[110]方向の境界線上にマヨラナ準粒子のゼロバイアスモードが励起され、さらに磁場の印加によりこのピークが３本に分裂することが予測されている。この分裂したピークはマヨラナ準粒子の存在の決定的証拠となり、本研究ではこの理論的予測の検証を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
購入したロックインアンプにより実験が順調にうまくいっていること、および本年度には真空蒸着装置の改良を目指していることから、次年度使用額が生じた。
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