2012 Fiscal Year Annual Research Report
希土類金属間化合物人工超格子による重い電子系２次元超伝導の実現
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23360010
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
寺嶋 孝仁 京都大学, 低温物質科学研究センター, 教授 (40252506)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 重い電子系 / 人工超格子 / 超伝導 / 2次元 / MBE / 空間反転対称性 / 上部臨界磁場 / CeCoIn5 |
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| Research Abstract |
24年度は重い電子系超伝導体CeCoIn5と通常金属であるYbCoIn5からなる超格子について上部臨界磁場（Hc2）の測定を行い、界面での空間反転対称性の破れに起因する特異な現象が観測された。(Phys. Rev. Lett., 109, 157006 (2012)) YbCoIn5を5層とし、CeCoIn5層の厚さ（n）を変えた場合に、n≧4ではHc2の磁場印加角度依存性がPauli効果に従うものであったが、n=3ではPauli効果が抑制され、軌道効果が顕著に現れてくることが明らかになった。これはn=3の場合では上下の界面層で空間反転対称性が破れ、スピン―軌道相互作用が効いてくることで、界面に特有な現象が支配的になり、バルクとは本質的に異なる新奇な超伝導状態が実現していることを示すものである。
CeCoIn5では反強磁性揺らぎを媒介とした非従来型の機構により超伝導が発現するが、CeをLaなどの非磁性不純物元素により置換することで超伝導状態が強く抑制される。ところが、最近のバルク単結晶による実験では、CeサイトをYbで置換する（Ce1-xYbxCoIn5）とLa置換の場合と異なり、Ce、Ybの価数揺動が超伝導性に影響するという新しい機構を導入する必要があることが指摘され、重い電子系超伝導における重要問題となっている。バルク単結晶では相分離を示唆する異常な振る舞いが見られている。バルクよりも結晶成長温度を低くし、一様な固溶状態を実現可能なMBE法によりCe1-xYbxCoIn5 系を作製した。薄膜の結果はCeサイトをYbで置換することで、不純物散乱による影響が支配的になり、反強磁性揺らぎの寄与が低下しているとする従来の機構で本系も説明可能であることが示された (Phys. Rev. B, 86, 144526 (2012)) 。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の主要な目的は重い電子系超伝導体と通常金属との界面において局所的な空間反転対称性の破れに起因する新奇な現象を発現させることである。２４年度においては界面層の寄与が支配的となるCeCoIn5が3層の人工超格子において空間反転対称性の破れにより生じる大きなスピン―軌道相互作用に起因する現象を発現することに成功した。これはこれまで界面における現象がほとんど研究されていない重い電子系の研究に新たな研究領域を開拓するものであり、当初の計画以上に研究が進展しているものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
25年度は24年度に実施した超格子による重い電子系の界面における現象を発展させるとともに重要課題である超伝導相と非超伝導相が空間的にテクスチャー構造をとるFFLO状態の解明についてCeCoIn5薄膜を用いた常伝導体（Au、Ag）/絶縁体（Al2O3）/CeCoIn5の面内方向での接合を有するランプエッジ型のNIS型トンネル接合素子を作製し、極低温、強磁場下での測定により研究を実施する。２４年度の予備的実験により素子形成に重要な薄膜表面の平坦化技術、フォトレジストの形成技術はすでに確立しており、本格的な素子化を実施する体制はできている。CeCoIn5では、強いパウリ常磁性効果のため、上部臨界磁場における一次相転移や、超伝導秩序変数が空間的に不均一になった Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov (FFLO)状態が現れる。これらは第２種超伝導体ではじめて観測された現象であり大きな注目を集めている。超伝導トンネル素子によりFFLO状態における電子状態、超伝導ギャップについて直接的な解明を実施する。
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