| 研究課題/領域番号 |
25800183
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| 研究種目 |
若手研究(B)
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
延兼 啓純 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (60550663)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | カイラル超伝導 / トポロジカル量子現象 / トポロジカル不変量 / メゾスコピック系 |
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| 研究概要 |
本研究の目的は、電子輸送測定及び走査トンネル分光測定(STM/STS)によりカイラル超伝導体中のマヨラナ(ワイル) 場におけるトポロジカル不変量を探索することである。本年度は特に電子輸送測定を重点的に研究を行った。まず、劈開法によりSiO2/Si基板上に取り出したSr2RuO4単結晶薄膜へ電子ビームリソグラフィーにより６端子電極を作製した。電子ビーム溶着法により試料と電極間の接触抵抗が低いことを確認した試料に対して、極低温（～0.5K）にて磁気抵抗及びホール抵抗を測定した。これまでに報告されているSr2RuO4単結晶の超伝導転移温度は1.5Kであるが、我々の薄膜試料では3K付近から超伝導由来と考えられる電圧変化の異常な振る舞いを観測した。最近の研究によりc軸方向への一軸性圧力下やナノスケール転位近傍では純良なSr2RuO4においても転移温度が3Kへ上昇する報告がされていることから、我々の薄膜試料で得られた結果と3K超伝導相との関連を今後調べる必要がある。また、ゼロ磁場下でのホール測定により量子抵抗値（～h/e2）の観測に成功した。我々の結果は、試料が薄膜であること、またカイラルシングルドメインサイズであることが重要な要素であることを示唆している。伝導面に対して垂直方向へ磁場を掃引した時の電圧変化を測定したところ、ある磁場範囲内で電圧のスイッチング現象を観測した。このスイッチングは1.5K以下で発生しており、カイラル超伝導に起因した現象であると考えている。現在、トポロジカル不変量であるホール抵抗の係数値の観測とスイッチング現象の起源の解明に焦点をあて研究を継続している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、Sr2RuO4単結晶薄膜試料を作製し、電子輸送測定を実施した。3K以下での電圧の特異な振る舞い、量子ホール抵抗の観測、磁場中での電圧スイッチング現象などこれまでに報告されていない興味深い実験結果が得られており、研究は計画通り順調に遂行している。次年度も継続して電子輸送測定を継続する予定である。また極低温STM/STS実験はカイラルp波超伝導の微視的な電子状態を明らかにするために重要な実験手法の一つである。現在、立ち上げ段階のSTM装置の開発を進め、実験を行う予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度の研究結果により明らかになったSr2RuO4超伝導のトポロジカル量子現象に関する起源を明らかにするために、単結晶試料の膜厚依存性や集束イオンビーム装置を用いてリング形状等に加工した試料において、電子輸送測定を遂行する。また、量子ホール抵抗の観測結果から推察される現象として、我々の薄膜試料ではカイラル超伝導状態における自発磁化の観測が期待される。次年度はカンチレバーによる磁気トルク測定の実施も計画している。これは当初の申請書には記載していない研究計画ではあるが、すでに磁気トルク測定に必要な測定環境は整っている。２次元カイラル超伝導体におけるトポロジカルな電気磁気応答を詳細に調べる予定である。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
電子輸送測定用の電子部品の支払いに使用するため
すでに年度末（3月）に電子部品、消耗品等の支払いに使用した
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