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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Detection of Meissner effect of surface-superstructure superconductivity by UHV-SQUID

Research Project

Project/Area Number 16H02108
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

長谷川 修司  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (00228446)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords原子層超伝導 / マイスナー効果 / SQUID
Outline of Annual Research Achievements

昨年度までに製作してきた、極低温超高真空マイクロ4端子電気伝導ーSQUID結合装置を稼働させ、原子層超伝導の検出実験を行っている。現在の感度は単原子層超伝導の検出までに至っていないが、数十原子層厚の超伝導体のマイスナー効果を検出できるようになった。これは、試料を超高真空中に保持したまま、超伝導反磁性を検出する装置であり、世界的にも類を見ないユニークな実験装置となった。
また、原子層超伝導物質系の探索研究として、新たに2つの物質系を発見した。
(1)トポロジカル結晶絶縁体であるSnTeの表面上にIn原子層を積層させると、Inの超伝導転移温度より高い温度で超伝導に転移することを発見した。これは、InとSnTeの界面に誘起された超伝導であり、トポロジカル超伝導状態の可能性がある。次には、それに特有なマヨラナモードの検出を目指す。
(2)Si(001)表面上に形成されたTlとAuの2原子層が電荷密度波と超伝導転移を起こすことを発見した。磁場印加によって超伝導・絶縁体転移を起こすと、絶縁体状態が電荷密度波相であることを突き止めた。
また、超伝導と並ぶ無散逸伝導を示する量子異常ホール効果状態を比較的高温で実現する候補物質系として、MnTe/BiSbTeヘテロ構造を発見した。MnTe層の磁性秩序によって、トポロジカル絶縁体であるBiSbTeのデイラック型表面状態にギャップが開くこと、MnTeが室温まで強磁性を示すことを光電子分光法やSQUID測定によって明らかにした。これによって、表面状態に開いたエネルギーギャップは非自明なギャップであるため、カイラルエッジ状態が形成されているはずで、その状態を通る無散逸伝導を直接検出するのが次の目標である。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (32 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 1 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 4 results) Book (2 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Inst. Automation & Control Processes/Far Eastern Federal University/Saint Petersburg State University(ロシア連邦)

    • Country Name
      RUSSIA FEDERATION
    • Counterpart Institution
      Inst. Automation & Control Processes/Far Eastern Federal University/Saint Petersburg State University
    • # of Other Institutions
      3
  • [Int'l Joint Research] 重慶大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      重慶大学
  • [Journal Article] Superconducting single-atomic-layer Tl-Pb compounds on Ge(111) and Si(111) surfaces2019

    • Author(s)
      Nakamura T.、Takayama A.、Hobara R.、Gruznev D.V.、Zotov A.V.、Saranin A.A.、Hasegawa S.
    • Journal Title

      Applied Surface Science

      Volume: 479 Pages: 679~684

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2019.02.036

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Charge and spin transport on surfaces and atomic layers measured by multi-probe techniques2019

    • Author(s)
      Hasegawa Shuji
    • Journal Title

      Journal of Physics: Condensed Matter

      Volume: 31 Pages: 223001~223001

    • DOI

      10.1088/1361-648X/ab0bf4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Anisotropic band splitting in monolayer NbSe2: implications for superconductivity and charge density wave2018

    • Author(s)
      Nakata Yuki、Sugawara Katsuaki、Ichinokura Satoru、Okada Yoshinori、Hitosugi Taro、Koretsune Takashi、Ueno Keiji、Hasegawa Shuji、Takahashi Takashi、Sato Takafumi
    • Journal Title

      npj 2D Materials and Applications

      Volume: 2 Pages: 12-1~-6

    • DOI

      10.1038/s41699-018-0057-3

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Comment on “Quantum transport in the surface states of epitaxial Bi(111) thin films”2018

    • Author(s)
      Hirahara Toru、Hasegawa Shuji
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 97 Pages: 207401-1~-3

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.97.207401

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Shubnikov?de Haas oscillations in p and n-type topological insulator (Bi x Sb1?x )2Te32018

    • Author(s)
      Akiyama Ryota、Sumida Kazuki、Ichinokura Satoru、Nakanishi Ryosuke、Kimura Akio、Kokh Konstantin A、Tereshchenko Oleg E、Hasegawa Shuji
    • Journal Title

      Journal of Physics: Condensed Matter

      Volume: 30 Pages: 265001~265001

    • DOI

      10.1088/1361-648X/aac59b

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Weak localization in bilayer graphene with Li-intercalation/desorption2018

    • Author(s)
      Endo Y、Ichinokura S、Akiyama R、Takayama A、Sugawara K、Nomura K、Takahashi T、Hasegawa S
    • Journal Title

      Journal of Physics: Condensed Matter

      Volume: 30 Pages: 305701~305701

    • DOI

      10.1088/1361-648X/aaccc4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Efficient Edelstein effects in one-atom-layer Tl-Pb compound2018

    • Author(s)
      Shiomi Y.、Yamamoto K. T.、Nakanishi R.、Nakamura T.、Ichinokura S.、Akiyama R.、Hasegawa S.、Saitoh E.
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 113 Pages: 052401~052401

    • DOI

      10.1063/1.5040546

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Unconventional superconductivity in the single-atom-layer alloy Si(111)?√3×√3?(Tl,Pb)2018

    • Author(s)
      Nakamura T.、Kim H.、Ichinokura S.、Takayama A.、Zotov A. V.、Saranin A. A.、Hasegawa Y.、Hasegawa S.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 98 Pages: 134505-1~-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.98.134505

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Thickness Dependence of Surface Structure and Superconductivity in Pb Atomic Layers2018

    • Author(s)
      Toyama Haruko、Huang Hongrui、Nakamura Tomonori、Bondarenko Leonid V.、Tupchaya Alexandra Y.、Gruznev Dimitry V.、Takayama Akari、Zotov Andrey V.、Saranin Alexander A.、Hasegawa Shuji
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 87 Pages: 113601~113601

    • DOI

      10.7566/JPSJ.87.113601

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Superconductivity of Pb Ultrathin Film on Ge(111) Surface2018

    • Author(s)
      Toyama Haruko、Huang Hong Rui、Nakamura Tomonori、Bondarenko Leonid V.、Tupchaya Alexandra Y.、Gruznev Dimitry V.、Takayama Akari、Zotov Andrey V.、Saranin Aleksandr A.、Hasegawa Shuji
    • Journal Title

      Defect and Diffusion Forum

      Volume: 386 Pages: 80~85

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/DDF.386.80

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 表面電子状態 ―タム・ショックレー状態からトポロジカル状態―2018

    • Author(s)
      長谷川修司
    • Journal Title

      固体物理

      Volume: 53 Pages: 565-574

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Graphene Intercalation2019

    • Author(s)
      Y. Endo, S. Ichinokura, R. Akiyama, A. Takayama, S. Hasegawa, K. SuzukiA, K. SugawaraB, T. Takahashi, K. Nomura, and W.-X. Tang
    • Organizer
      Symposium on Surface and Nano Sciences 2018, Japan
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] In/SnTe/Bi(111)構造における二次元超伝導の観測2019

    • Author(s)
      渡邉和己, 中西亮介, 秋山了太, 福居直哉, 豊田良順, 西原寛, 長谷川修司
    • Organizer
      日本物理学会 第74回年次大会(2019年)
  • [Presentation] Au/CuSi/Si(111)テンプレート上における原子層青リンの結晶成長とその評価2019

    • Author(s)
      宮内恵太, 秋山了太, 保原麗, 長谷川修司
    • Organizer
      日本物理学会 第74回年次大会(2019年)
  • [Presentation] Si(111)上の(Pb,Au)表面合金層の構造と伝導特性2019

    • Author(s)
      遠山晴子, 中村友謙, 田中宏明, L. V. BondarenkoA, Y. Tupchaya, D. V. Gruznev, 保原麗, 秋山了太, A.V. Zotov, A.A. Saranin, 長谷川修司
    • Organizer
      日本物理学会 第74回年次大会(2019年)
  • [Presentation] Caインターカレート2層グラフェン/SiCの構造:全反射高速陽電子回折2019

    • Author(s)
      遠藤由大, 深谷有喜, 望月出海, 高山あかり, 兵頭俊夫, 長谷川修司
    • Organizer
      日本物理学会 第74回年次大会(2019年)
  • [Presentation] 磁性トポロジカル絶縁体ヘテロ構造MnTe/ (Bi1-x,Sbx)2Te3の作製とその評価2019

    • Author(s)
      高城拓也, 秋山了太, I. A. Kibirev, A. V. Matetskiy, 遠山晴子, A. V. Zotov, A. A. Saranin, 長谷川修司
    • Organizer
      日本物理学会 第74回年次大会(2019年)
  • [Presentation] Dissipationless currents at atomic layers2018

    • Author(s)
      S. Hasegawa
    • Organizer
      2018 International Conference on Nanoscience + Technology (ICN+T 2018), Czech.
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Atomic-Layer Superconductors and Topological Superconductors2018

    • Author(s)
      S. Hasegawa
    • Organizer
      The 3rd Asia-Pacific Symposium on Solid Surfaces (APSSS-3), Korea
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Dissipationless currents at atomic layers2018

    • Author(s)
      S. Hasegawa
    • Organizer
      The 3rd International Workshop on Charge transport with multi-tip STM Ttechniques, Germany
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Dissipationless currents at atomic layers2018

    • Author(s)
      S. Hasegawa
    • Organizer
      2018 Workshop of Max Planck-UBC-UTokyo Centre of Quantum Materials, Japan
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Superconductivity of Pb ultrathin film on Ge(111) surface2018

    • Author(s)
      H. Toyama, H. Huang, T. Nakamura, L.V. Bondarenko; A.Y. Tupchaya; D.V. Gruznev; A. Takayama; A.V. Zotov; A.A. Saranin; S. Hasegawa
    • Organizer
      The 4th Asian School-Conference on Nanostructured Materials (ASCO-NANOMAT 20183), Russia
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Superconductivity induced by proximity effect on the SIC phase pf Pb/Ge(111)2018

    • Author(s)
      H. Huang, T. Nakamura, A. Takayama, S. Hasegawa
    • Organizer
      The 3rd Asia-Pacific Symposium on Solid Surfaces (APSSS-3), Korea
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 偏極中性子反射率法を用いたFe/SnTeヘテロ構造界面における強磁性近接効果の観測2018

    • Author(s)
      渡邉和己, 石川諒, 秋山了太, 阿久津和宏, 飯田一樹, 黒田眞司, 長谷川修司
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会2018
  • [Presentation] Bose-metal behavior in epitaxial FeSe thin films grown on SrTiO32018

    • Author(s)
      SP Liu, Y Takeuchi, JL Wang, R Akiyama, S Hasegawa
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会2018
  • [Presentation] Ge(111)基板上Pbの2次元構造と超伝導特性2018

    • Author(s)
      遠山晴子, H. Huang, 中村友謙, L. V. Bondarenko, A. Y. Tupchaya, D. V. Gruznev, 高山あかり, A.V. Zotov, A.A. Saranin, 長谷川修司
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会2018
  • [Presentation] 新奇層状物質青リンのAu(111)へのエピタキシャル成長とその電気伝導特性評価2018

    • Author(s)
      宮内恵太, 秋山了太, 中 西亮介, 遠藤由大, 長谷川修司
    • Organizer
      日本表面真空学会 第3回関東支部講演大会
  • [Book] Chapter 6: Transport Measurement; Carrier Transport in Monatomic Two-Dimensional Layers, ed. I. Matsuda2019

    • Author(s)
      S. Ichinokura and S. Hasegawa
    • Total Pages
      232
    • Publisher
      Elsevier
    • ISBN
      978-0-12-814160-1
  • [Book] Part II, 第5章 多探針計測法 in 分子アーキテクトにクス ―単分子技術が拓く新たな機能― 日本化学会編2018

    • Author(s)
      長谷川修司
    • Total Pages
      220
    • Publisher
      化学同人
    • ISBN
      9784759813913
  • [Remarks] 長谷川研究室

    • URL

      http://www-surface.phys.s.u-tokyo.ac.jp/top_j.html

URL: 

Published: 2019-12-27  

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