【研究領域課題番号】20K20562 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高分子 / 超伝導 / 低温物性 / 化学ドーピング

【研究成果の概要】

本研究では、パイ共役系高分子において、固体中の電子相転移である超伝導転移を実現を目指した物質科学の研究を遂行した。無機凝縮系固体材料における超伝導は100年に渡り固体物理学の主役 であり、実験・理論の両側面から精力的に研究されている。様々な高温超伝導体が開発され、超電導リニアや量子アニーラ型コンピュータなどに応用されつつあ る。実施者は独自の材料設計及び電子状態の制御手法を用いて、室温で金属的な基底状態を有する高分子薄膜を開発した。特に、剛直な共役高分子鎖を自己組織的に配列させたのちに、ドーパント分子を周期的に導入する技術を基盤とし、高分子材料の物質科学と低温電子物性計測を組み合わせた多角的な研究を遂行した。その結果、キャリアドーピング量として1高分子ユニット あたり1電荷が実現された高伝導度高分子において、極低温において金属的な電子輸送が実現していることが明らかとなった。
本年度は、高分子材料だけでなく、単結晶状態を形成する低分子材料にも着目し、その電子状態の制御と電子相転移の可能性を模索した。精緻に配列した低分子結晶表面に高密度にキャリアドーピングを施した結果、有機半導体では世界初となる金属絶縁体転移を観測することに成功し、結晶表面において二次元電荷ガスを形成・制御することが可能となった。本結果は、分子の振動や欠陥などディスオーダーを有する系においても固体物理の予測する電子相転移が実現することを強く示唆し、超伝導転移の実現も可能であることが見出されつつある。

【研究種目】挑戦的研究(開拓)

【研究期間】2020-07-30 - 2023-03-31

【配分額】26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】15K17708 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カイラル超伝導 / 磁束量子渦 / メゾスコピック系 / 超伝導量子干渉計 / 低温物性 / 超伝導

【研究成果の概要】

本研究では、Sr2RuO4(SRO)におけるスピン3重項カイラルp波超伝導性に起因した特異な磁束渦状態を解明するため、マイクロSQUIDとSRO微小片を用いた磁化測定デバイスを作製し、以下の実験結果を得た。
1.カイラル超伝導性の影響を示唆するような2種類の異なる磁束渦誘起信号を観測。2. 面内磁場印加下で磁化測定を行い、半整数磁束渦の可能性を示唆する信号を観測。3. SRO-Ru共晶微小片における磁化測定から、Ru超伝導転移に伴う誘起磁束分布の変化を観測した。しかし、s波-カイラルp波超伝導位相競合に伴う磁束渦自発生成は観測されなかった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】15H03681 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高圧 / 超伝導 / 軌道秩序 / FeSe系高温超伝導 / MnP / Fe系高温超伝導 / 強相関係 / 圧力効果 / FeSe / 高圧力 / 低温物性

【研究成果の概要】

本研究では、高圧力を基軸とした、相転移点近傍で出現する超伝導の起源およびその周辺で出現する異常物性を明らかにすると共に新たな新奇物性探索をする事を研究目的として行った。これまで発見されていた圧力誘起超伝導物質の圧力相図を完成させると共に、その超伝導の起源についての知見を得た。また、いくつかの物質に置いて、新たな圧力誘起超伝導現象を発見し、その圧力相図を明らかにした。また鉄系超伝導物質に置いて、その超伝導転移が最高の55Kに達することを見出した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】26610106 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

低温物性 / 超伝導 / 超流動 / トポロジカル超伝導 / トポロジカル超流動 / 交差相関

【研究成果の概要】

本研究では、超流動ヘリウムの実験手法であるねじれ振り子法を超伝導に応用し、超伝導を力学的に観測する手法を確立し、トポロジカル超伝導で期待される熱流・回転交差相関効果の探索を行うことを目指した。当初の目標であった高いQ値のねじれ振り子による超伝導検出は技術的課題が大きいという結論にいたり、超伝導転移による角運動量変化をねじれ振動子のトルク測定で検出する手法の開発を進めた。またこの手法の開発に役立つ回転クライオスタットを開発し、円環状超流動4Heの第二音波に対する回転効果の測定を行い、回転速度がある閾値を超えたときに、回転停止後も量子渦がピン止めされ残留することを示唆する結果を得た。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】26287072 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

表面物性 / 低温物性 / Rashba効果 / 超伝導 / 物性実験 / 表面・界面物性 / 物理学

【研究成果の概要】

外部磁場および磁性不純物は、クーパー対の時間反転対称性を破り、超伝導を壊す働きをすることが知られている。しかし、両者が結びつくことによる効果についてはあまり研究されていない。外部磁場の効果として、軌道効果とパウリ常磁性効果が挙げられるが、磁性体を含む超伝導体においては、第三の効果、すなわち局在磁気モーメントの方向が外部磁場により変化することによる効果が考えられる。本研究では、10%のCeを含むPb合金に対して、ゼロ磁場の超伝導が完全に壊されている状態から、平行磁場によって超伝導を引き起こすことに成功した。

【研究の社会的意義】

これまで、磁場誘起超伝導は数例報告されているが、本研究のものは新しい機構によるものである。また、超伝導の平行磁場に対する応答を調べることにより、近藤一重項の形成の有無を明らかにできることもわかった。近年、ナノスケールのスピントロニクスデバイスへの応用の観点などからも、金属表面に吸着した磁性原子・分子と基板金属の伝導電子との間の近藤一重項の形成が大きく注目されている。下地金属として磁性体に敏感な超伝導体を用いることは、近藤一重項の形成を調べる上で非常に有効な方法であり、今後の研究の進展は応用面からも非常に重要であると思われる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2019-03-31

【配分額】16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】25220707 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光電子分光 / レーザー / 超電導 / 超低温 / 高分解能 / 極低温 / 超伝導 / 高性能レーザー / 強相関係電子系 / 低温物性 / 強相関電子系 / 軟X線レーザー / 超高分解能 / 真空紫外レーザー

【研究成果の概要】

世界の追随を許さない最低温度と最高分解能の未踏性能を持つヘリウム３クライオスタット搭載型の角度分解光電子分光装置を開発し、エキゾチック低温超伝導体の機構解明に取り組んだ。我々は、1K以下の試料部到達温度を達成し、また、光電子アナライザーとsCMOS型検知器システムを連動制御するソフトウェアを開発することで、高速フレームレート測定を可能とした。本研究により、世界で初めて、鉄系超伝導体がトポロジカル超伝導を示すことを実証した。更に、バルク超伝導体上に薄膜成長させたトポロジカル物質において、近接効果由来の超伝導ギャップがスピン偏極バンドに開く観察に成功した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2013-05-31 - 2018-03-31

【配分額】155,610千円 (直接経費: 119,700千円、間接経費: 35,910千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】21540363 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

低温物性 / 物性実験 / 超電導材料・素子 / 高圧力物性 / 高圧力 / 比熱 / カゴ状物質 / パイロクロア酸化物 / クラスレート / 超伝導 / ラットリング

【研究成果の概要】

カゴ状化合物Kos_2O_6はT_c=9. 6 Kで超伝導を, T_p=7. 5Kで比熱に1次転移的なピークを示す。これらの異常な物性とゲスト原子(K)の振幅の大きな非調和振動との関係を調べるため,高圧下比熱測定を行った。その結果, T-pは僅か200気圧という低圧で消失することを世界で初めて明らかにした。また, T_cは常圧から0. 02 GPaまでの加圧で9.65Kから9.80Kまで急上昇した。これらの実験結果は超伝導状態がT_pでの一次転移の消失によって安定化されることを示唆する。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】21224009 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

低温物性 / 超伝導材料・素子 / 表面・界面物性 / 電界効果トランジスタ / 自己組織化 / 電気二重層 / キャパシタ / 金属薄膜 / 半導体 / 層状物質 / イオン液体 / 超伝導

【研究成果の概要】

電気化学的界面に発生する強電界を用いたトランジスタ（電気二重層トランジスタ）について、従来のバルクおよび薄膜材料を用いた方法に加え電子ビーム装置によるナノデバイス作製技術を完成させることによって、半導体、絶縁体、金属、トポロジカル絶縁体、モット絶縁体といった多様な物質に展開した。その結果、超伝導、強磁性、モット転移といったさまざまな電子相の電界制御に成功した。それら電界によって誘起された電子相の多くは化学ドーピングでは実現できないものである。さらには、強電界によるスピン制御や固液界面の柔軟性を生かしたデバイスの実現など、広範な物質科学研究へと展開できることが明らかとなった。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2009-05-11 - 2014-03-31

【配分額】219,050千円 (直接経費: 168,500千円、間接経費: 50,550千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】19340101 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

走査プローブ顕微鏡 / 物性実験 / 低温物性 / 表面・界面物性 / 2次元電子系 / 摩擦 / 超伝導 / グラファイト / 2次元電子糸

【研究成果の概要】

本研究は、極低温動作可能な走査プローブ顕微鏡(SPM)を開発し、低次元電子系やヘリウム等のクリーンな「量子界面」で発現する新奇量子現象の解明を行うものである。以下の研究成果を得た。(1)周波数変調型極低温原子間力顕微鏡(FM-LT-AFM)技術を確立し、50mKまでの極低温度域での動作、原子ステップ分解能の実現に成功した。(2)探針が表面に平行に振動する「極低温摩擦力顕微鏡」を開発し、典型的な層状超伝導物質NbSe_2の平坦表面におけるナノスケール摩擦を研究した。探針と表面が10nm程度離れている状況(非接触領域)でも、探針に大きな摩擦力が働くことを発見した。この非接触摩擦力の起源は従来の摩擦力理論では説明できない新奇なエネルギー散逸機構であり、摩擦現象の理解に新たな知見を与えると期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】19340096 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超伝導 / 量子渦糸 / 走査トンネル顕微鏡 / 渦糸クリープ / 超伝導量子渦糸 / 超薄膜 / 低温物性 / 渦糸ガラス / 渦糸物質 / 走査プローブ顕微鏡 / 超精密測定

【研究成果の概要】

極低温(0.16K)・高磁場(15T)ではたらく走査トンネル顕微鏡を開発、これを用いて、磁場4Tまで、温度0.4K、4.2Kにおいて第2種超伝導体YNi2B2Cの超伝導渦糸の磁場勾配を駆動力とする渦糸集団運動を可視化し、動画を作ることに成功した。渦糸格子の刃状転位が、渦糸束の大きさを決め、渦糸集団運動に重要な働きをしていることを、走査トンネル顕微鏡による実空間・実時間測定により初めて明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)