【研究領域課題番号】22H00292 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

走査トンネル顕微鏡 / 原子層超伝導 / 二次元超伝導 / 走査トンネル分光

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2022-04-01 - 2025-03-31

【配分額】42,640千円 (直接経費: 32,800千円、間接経費: 9,840千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】22244042 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

単原子層 / 量子液体・固体 / 超低温物理 / STM / LEED / グラファイト / 量子流体・固体 / 低温物性 / 表面構造解析 / 走査トンネル分光 / 単原子膜 / グラフェン

【研究成果の概要】

グラファイト表面に吸着したヘリウム3（3He）とヘリウム4（4He）の1原子層目と2原子層目の量子状態相図を比熱測定から研究し、従来の理論予想を覆し、2次元3He が超低密度の液体に自己凝集すること、3He と4Heの2層目に１層目に対して整合な固体相が存在することを発見した。後者は、恐らく零点格子欠陥を含む新奇な量子固体と考えられる。
グラファイト表面に吸着したクリプトンの1層目整合固相の初めてのSTM観測に成功し、吸着サイトが炭素ハニカム格子の中心であることを特定した。また、希釈冷凍機温度で作動するLEED装置開発のための詳細設計を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010-04-01 - 2013-03-31

【配分額】46,930千円 (直接経費: 36,100千円、間接経費: 10,830千円)

【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】21360018 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

走査トンネル顕微鏡 / 走査トンネル分光 / メゾスコピック超伝導 / 薄膜超伝導 / 量子化磁束 / 渦糸 / ナノサイズ超伝導 / 超伝導 / 近接効果

【研究成果の概要】

励起状態でプロトン移動する化合物群を対象とし、固相で強く発光する新規な有機発光材料開発に向けた研究を行い、(1)強く発光する固体発光材料の新しい設計指針として、コンホメーション固定による無輻射失活抑制が有効、(2)プロトン移動後の基底・励起状態に対する置換基の電子効果の違いに基づき、多様な発光色を示す新規な有機発光材料を開発、(3)集積構造の違いを利用し、熱や加圧などの外部刺激で発光色変換が可能な発光スイッチを開発、および(4)励起状態の安定化に基づく無色透明な白色発光材料の開発、などの成果を得た。低温磁場下で作動する超高真空走査トンネル顕微鏡を用いて、ナノサイズの鉛の超伝導体中での超伝導特性、特に磁場下で形成される渦糸(量子化磁束)の構造に関して、その実空間観察を通じて明らかにした。超伝導体のサイズ等を制御することにより、ナノサイズ超伝導体に特有の巨大渦糸構造や渦糸のクラスター状態の観察に成功し、その素性を明らかにすることができた。また、トンネル電流の注入により渦糸が励起できることも見出し、励起プロセスのメカニズムを考察した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【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】固体物性Ⅱ(磁性・金属・低温)

【研究領域課題番号】12740206 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強相関電子系 / 走査トンネル顕微鏡 / 走査トンネル分光

【研究成果の概要】

本研究は、強相関系超伝導体の電子状態を調べるために^3Heを用いた走査トンネル顕微鏡を用いて1K以下の低温において走査トンネル分光をおこなうものである。我々の研究グループではこれまでに温度が0.45K、磁場が6Tまでの状況で操作することのできる走査トンネル顕微鏡を開発している。この装置を用い、またロックイン増幅器を用いて精密に微分伝導度を測定することにより強相関系超伝導体の準粒子状態密度を調べた。物質としてはまず昨年度より調べてきたホウ素炭素化合物YNi_2B_2Cにおいて引き続き研究を行った。これまでにこの物質におけるクーパー対の軌道対称性がs波であることをわかってきた。今年度はこの物質における更なる研究からYNi_2B_2Cにおける超伝導エネルギーギャップが非常に異方的であることがわかった。トンネルスペクトルの解析からギャップの大きさで最大のものと最小のものとの比が2.5倍以上もあることが判明した。s波の超伝導体でこのよりな大きな異方性を示すものは、例えば結晶構造の異方性を反映した低次元の電子構造をもつ物質で知られている。しかしYNi_2B_2Cは層状の構造を持ちながらも電子構造は3次元的であるので、この物質において超伝導ギャップの異方性が大きいことは興味をもたれる。なおこの研究結果は国際会議などで発表しており、成果をまとめたものは現在学術雑誌に投稿中である。またその他の物質では、磁性超伝導体である別のホウ素炭素化合物ErNi_2B_2Cや新しく発見されたMgB_2についての走査トンネル分光による研究を行った。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】2001 - 2002

【配分額】2,300千円 (直接経費: 2,300千円)

【研究分野】固体物性Ⅱ(磁性・金属・低温)

【研究領域課題番号】06452054 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

準結晶 / 正10角形相 / 電子状態 / 走査トンネル顕微鏡 / 電子の局在 / 走査トンネル分光

【研究成果の概要】

1. Al-Pd-Fe およびAl-Co系の2種類の合金系について、溶融状態から徐冷することによって、格子定数が数ナノメートルの正10角形相の高次の近似結晶を作成した。その電気抵抗の異方性を測定したところ、c軸方向の電気抵抗が金属的にふるまうのみ対し、疑準結晶面内の電気抵抗は約一桁大きく温度依存性は極端に小さく、従来測定してきた何種類かの正10角形相準結晶の異方性と基本的に同じ結果が得られた。この結果は、藤原らによる近似結晶に関する理論的な研究結果とよく一致しており、フェルミレベル近くの電子が、(疑)10回対称面内ではc軸方向にのびたクラスターコラムに局在し分散の小さいバンドを形成して有効質量が非常に大きくなることがこの面内の電気伝導に反映していると結論される。
2. 溶融状態から徐冷することによって作成したAl-Co-Ni正10角形準結晶の単結晶を用いて、10回対称軸に垂直な面について走査トンネル顕微鏡(STM)観察を行なった。STM真空槽内に設置したアルゴンイオンスパッター装置により試料表面をスパッターしさらにアニールしたのち、バイアス電圧-0.1V、セット電流1nAでSTM像を得た。その結果、しばしば数nmの間隔の不規則なまだら模様の像が得られた。そのパターンは、藤原らが理論的に求めたフェルミレベル近くの電子の波動関数の振幅に関する空間分布と極めて類似しており、10回対称面内の電子の局在状態が直接観察されたものと考えられる。
以上のように、正10角形相準結晶に関するわれわれの実験結果は藤原らの理論研究の結果をよく再現しており、2次元準結晶における特異な電子状態が明らかにされた。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1994 - 1995

【配分額】6,200千円 (直接経費: 6,200千円)

【研究分野】表面界面物性

【研究領域課題番号】05855007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

走査トンネル顕微鏡 / 走査トンネル分光 / 表面電子状態 / 電子散乱 / 定在波 / 金(111)表面 / 銀(111)表面 / 銅(111)表面

【研究成果の概要】

購入したロックイン増幅器を用いさらに走査トンネル顕微鏡のフィードバック回路に改良を加えることによって走査トンネル分光法(STS)の機能を改善させた上で、これを用いて金属表面における電子波の散乱によって生成された定在波の実空間観察を行った。そしてその観察結果から、表面電子状態のエネルギー分散関係や表面ステップによる電子波散乱の強度や位相のずれを、電子波のエネルギーやステップの方位の関数として、決定することができた。また、表面上のナノサイズの島状構造上での定在波の観察にも成功しており、表面電子波がステップで囲まれた島状構造表面内に閉じ込められている振舞いを見てとることができた。散乱による定在波が観察される表面は表面に局在した電子準位を持つものに限られることから、そのような表面としてAu(111)、Ag(111)、Cu(111)を考えていたがが、予想通りこの3つの表面ではいずれも定在波が観察された。しかし、3つの表面で定在波の強度など見え方がかなり異なっており、今後その原因を探っていきたいと考えている。さらに今後はAu(110)表面など表面に電子準位が局在しておりかつ異方性のある表面上での測定を行っていく予定である。
また定在波・散乱現象の解釈についても、有限の測定温度によるエネルギーの広がりによる影響や、電子波が表面上で2次元的に広がっていることによる影響、またSTS測定時の探針の動きによる影響まどの点が明らかとなり、これらの点を考慮した上で解釈を行い、表面電子状態や散乱現象に関するより詳細な議論を行うことができた。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1993

【配分額】1,200千円 (直接経費: 1,200千円)