| 研究実績の概要 |
異なる種類の磁性体を不純物として加えたPb超薄膜に対して研究を行い、平行磁場に対する応答からスピン状態を調べてきた。昨年度、Ceを用いた場合に明瞭な磁場誘起超伝導を観測した（M. Niwata, R. Masutomi, T. Okamoto, Phys. Rev. Lett. (2017)）。磁気モーメントと伝導電子との相互作用は、4fより3d遷移元素の方が大きい。しかし、MnやCrをPb超薄膜に直接乗せた場合には、平行磁場による超伝導転移温度の上昇は見られない。我々は、交換相互作用が強すぎるために近藤一重項が形成され、磁気モーメントが見かけ上消失したと考えた。この検証のため、交換結合定数がMnやCrよりも大きな、Fe、Co、Niを用いて測定を行ったところ、超伝導の破壊効果がかえって弱くなることが明らかになった。フェルミ面から離れた電子の寄与が主となり近藤一重項が形成されたためだと理解できる。
Sbをスペーサ層としてトンネル結合させた、Pb単原子層膜の２層系、３層系を作製して、超伝導転移温度の平行磁場依存性を測定したところ、スペーサ層の厚さを最適化した場合に、異なる超伝導状態間の相転移によるものと思われるシャープな折れ曲がりを観測した。この振舞いを説明するために、層に依存したRashbaスピン軌道相互作用をもつ多層系の超伝導状態をBdG方程式を数値的に解く手法により求めた（数値計算に関しては京大理の柳瀬氏にして頂いた）。この数値計算の結果から高磁場・低温領域での急激な立ち上がりは、超伝導秩序変数の振幅と位相の両方が変調する（磁場誘起による）複素ストライプ相から独立した層の振舞いであるヘリカル相へのクロスオーバーに起因していることがわかった。したがって、本研究では多重単原子層膜において複素ストライプ状態およびヘリカル状態を実験的に初めて観測した結果であると考えられる。
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