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2013 年度 実施状況報告書

電気化学的手法を用いたトポロジカル絶縁体・超伝導体の精密物性制御

研究課題

研究課題/領域番号 24540320
研究機関大阪大学

研究代表者

瀬川 耕司  大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (20371297)

キーワードトポロジカル絶縁体 / トポロジカル超伝導
研究概要

トポロジカル超伝導体探索のための舞台となるトポロジカル絶縁体の探索については、通常の絶縁体であるPbSe層とトポロジカル絶縁体であるBi2Se3層がそれぞれ結晶構造を保ちつつブロックを形成して積層するPb-Bi-Se系化合物で、これまでに合成の報告のないBi2Se3層が4層積層した未報告相である(PbSe)5(Bi2Se3)3m [以下PSBS]という組成で m=4 となる化合物の単結晶合成に成功した。この系の光電子分光測定の結果はBi2Se3の層の厚さによって変化し、Bi2Se3薄膜について観測されているのと同様の振舞いを示すことがわかっている。Bi2Se3 層が薄すぎる試料では試料の上面と下面の表面/界面状態が互いに混成してディラック的分散にギャップが開くなど、トポロジカルな由来を持つ特異な性質が弱められることが知られているため、よりBi2Se3の厚い層が得られたことによって表面/界面状態をバルクの物性として観測しやすくなることが期待される。
一方で、Bi2Se3層が2層積層した上記と同じ組成で m=2 となる化合物について、電気化学的に銅をインターカレートした試料[以下 CPSBS m=2]で超伝導を示すことを見出した。これは組成の似た超伝導体CuxBi2Se3と比べて超伝導転移を示す温度は約2.8 Kと少し低いものの、超伝導遮蔽体積分率が100%に達する試料が得られるなど超伝導特性のより良い系であることがわかっている。また、その低温における比熱の温度依存性からこの系における超伝導が通常のBCS超伝導でない可能性が示唆されている。
上記の結果については論文を投稿中であるが超伝導が確認されたのは CPSBS m=2 のみであり、現在は他の m について超伝導体の作製を試みているところである。

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

トポロジカル絶縁体のバルク絶縁性向上と、Cu以外の遷移金属元素のインターカレーションについてはいずれも未だ成功していないが、トポロジカル超伝導体の候補物質の作製には成功した。

今後の研究の推進方策

トポロジカル超伝導体の候補物質を発見したので、今後はその物質系を広げること、またトポロジカル超伝導であることを確認するためのスペクトロスコピーの実験を行うことも視野に入れる。

次年度の研究費の使用計画

結晶評価用の計測器が不足する可能性があり、次年度以降に増強する可能性が生じたため。
結晶評価用の計測器の増強に使用する。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Topological surface transport in epitaxial SnTe thin films grown on Bi2Te32014

    • 著者名/発表者名
      A. A. Taskin, Fan Yang, Satoshi Sasaki, Kouji Segawa, and Yoichi Ando
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 89 ページ: 121302-1 -5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.89.121302

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unusual nature of fully gapped superconductivity in In-doped SnTe2013

    • 著者名/発表者名
      Mario Novak, Satoshi Sasaki, Markus Kriener, Kouji Segawa, and Yoichi Ando
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 88 ページ: 140502-1 -5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.88.140502

    • 査読あり
  • [学会発表] Pb系ホモロガス相トポロジカル絶縁体における輸送特性(II)2014

    • 著者名/発表者名
      瀬川 耕司、Alexey A. Taskin、鳥羽 俊伸、安藤 陽一
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140326-20140330
  • [学会発表] Pb系ホモロガス相トポロジカル絶縁体新物質の探索2013

    • 著者名/発表者名
      鳥羽 俊伸、瀬川 耕司、安藤 陽一
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 年月日
      20130925-20130928
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体BSTSにおけるゲーティング実験2013

    • 著者名/発表者名
      瀬川耕司
    • 学会等名
      附置研究所間アライアンス「次世代エレクトロニクス」グループG1分科会
    • 発表場所
      山形大学
    • 年月日
      20130805-20130807
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体バルク単結晶における表面状態2013

    • 著者名/発表者名
      瀬川耕司
    • 学会等名
      日本磁気学会第19回研究会「ベリー位相とトポロジカル絶縁体」
    • 発表場所
      中央大学(東京都)
    • 年月日
      20130709-20130709
    • 招待講演
  • [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体の実験研究2013

    • 著者名/発表者名
      瀬川耕司
    • 学会等名
      2013年度基礎研究会 固体中におけるディラック電子系物理の新展開
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      20130619-20130621
    • 招待講演
  • [学会発表] Experimental studies of 3D topological insulators2013

    • 著者名/発表者名
      Kouji SEGAWA
    • 学会等名
      Quantum Materials Program Meeting
    • 発表場所
      Vancouver, Canada
    • 年月日
      20130508-20130512
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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