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2019 年度 実績報告書

鉄カルコゲナイド超伝導体とその関連物質におけるトポロジカル相の探索

公募研究

研究領域トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア
研究課題/領域番号 18H04212
研究機関東京大学

研究代表者

鍋島 冬樹  東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (30782776)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
キーワード鉄カルコゲナイド超伝導体 / トポロジカル超伝導 / 薄膜 / 電界効果 / インターカレーション
研究実績の概要

電子ドープFeSeにおいてトポロジカル超伝導が実現しているかを検証するために,SrTiO3(STO)バイクリスタル基板上に鉄カルコゲナイド超伝導体FeSe薄膜を積んで,粒界接合型のジョセフソン接合を作製し,更にそれを用いて電気二重層トランジスタを作製することで,電子ドープしたFeSe薄膜のジョセフソン効果を調べた.まず,LaAlO3基板上のFeSe薄膜を用いて電気二重層トランジスタの動作確認を行ったところ,FeSeに電子注入は可能であるが,これは電界効果ではなく,電気化学反応(例えばイオンのインターカレーションなど)によって実現していることがわかった.FeSe薄膜は大気暴露すると表面に酸化層が生じるため,それを除くために電気化学エッチングを行う必要があるが,この工程でエッチング以外の電気化学反応が起きていると考えられる.これは当初の予想とは違うものの,電子ドープは実現していること,かなり高い温度でゼロ抵抗が観測されること(Tczero=46K)から,この物質のジョセフソン効果を調べることにした.STOバイクリスタル基板上の試料でも同様に電子ドープを行い,高いTcが実現できたので,マイクロ波を入射しながら電流電圧特性を測定した.マイクロ波を入射すると電流電圧特性が変化し,2段ほどのステップ構造が観測された.この電圧のステップ幅は通常のジョセフソン接合で予想される幅のおよそ2倍であった.電圧のステップ幅が2倍になる振る舞いはトポロジカル超伝導で予想されるものであり,電子ドープFeSeにおいてトポロジカル超伝導が実現していることを示唆している.その他の要因により2倍のステップ幅が観測された可能性を今後詳しく検証する必要がある.

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Correlation between superconducting transition temperatures and carrier densities in Te- and S-substituted FeSe thin films2020

    • 著者名/発表者名
      Fuyuki Nabeshima, Tomoya Ishikawa, Naoki Shikama, Atsutaka Maeda
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 ページ: 184517/1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.101.184517

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transport properties of FeSe1-xSx and FeSe1-yTey epitaxial thin films under magnetic fields2019

    • 著者名/発表者名
      N. Shikama, T. Ishikawa, F. Nabeshima, A. Maeda
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 1293 ページ: 012015/1-5

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1293/1/012015

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Comparison between Te- and S-Substitution Effects on Superconductivity in FeSe Thin Films2019

    • 著者名/発表者名
      Fuyuki Nabeshima
    • 学会等名
      Research Frontier of Advanced Spectroscopies for Correlated Electron Systems
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Comparison of Te and S substitution in FeSe thin films2019

    • 著者名/発表者名
      F. Nabeshima, T. Ishikawa, N. Shikama, S. Nakamura, H. Kurokawa and A. Maeda
    • 学会等名
      Spectroscopies in Novel Superconductors (SNS 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] 鉄カルコゲナイド超伝導薄膜の超伝導特性とその組成依存性2019

    • 著者名/発表者名
      鍋島冬樹
    • 学会等名
      高温超伝導フォーラム第7回会合
  • [学会発表] 同族元素置換したFeSeの電気二重層トランジスタ2019

    • 著者名/発表者名
      色摩直樹, 崎下雄稀, 鍋島冬樹, 前田京剛
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会
  • [学会発表] Transport properties of electron-doped FeSe1-xSx and FeSe1-yTey films with electric double layer transistor2019

    • 著者名/発表者名
      Naoki Shikama, Yuuki Sakishita, Fuyuki Nabeshima, Atustaka Maeda
    • 学会等名
      The 32nd International Symposium on Superconducticity
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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