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物性実験 / 表面界面 / 原子層物質 / 超伝導

量子クエンチ / 非平衡 / 超伝導 / 電荷密度波 / 光誘起相転移 / テラヘルツ / 非線形光学応答 / 超高速分光 / 原子層物質 / 鉄系超伝導体 / 銅酸化物高温超伝導体 / 強相関電子系 / 集団励起 / スピン密度波 / ヒッグスモード

超伝導と電荷密度波(CDW)といった多重の秩序が競合共存する系を対象に、光学的量子クエンチの手法を用いて、新たな量子相の探究を行った。遷移金属ダイカルコゲナイド物質ではCDWの振幅モード励起を介した相転移を初めて実現した。鉄系超伝導体では、光照射により超伝導が増強することを非線形テラヘルツ分光から明瞭に実証した。ストライプ秩序を発現するLa214系銅酸化物高温超伝導体では、電荷秩序とスピン秩序、超伝導との競合・相関をダイナミクスから調べる新たな手掛かりを得た。Y123系銅酸化物高温超伝導体では光励起により平衡状態の超伝導とは異なるコヒーレントな電子状態が発現している可能性が高いことを見出した。

光学的量子クエンチによる新たな物質相の探索という新しいアプローチを具現化し、遷移金属ダイカルコゲナイド物質、鉄系超伝導体、銅酸化物高温超伝導体において非熱的電子相制御に道を拓いた本研究は、非平衡物性科学の進展に大きく貢献したといえる。鉄系超伝導体の光誘起超伝導増強、銅酸化物高温超伝導体の光誘起相の解明は、その多様な基底状態、超伝導発現機構の解明にも貢献すると期待される。量子相の人為的相制御の実証は量子物質の機能応用の観点からも社会還元につながる重要な進展である。

超伝導 / カルコゲナイド / 原子層物質 / 界面超伝導 / 薄膜 / 水素 / チタン酸ストロンチウム / 2次元超伝導 / 2次元物質 / 酸化物半導体 / 水素化 / 水素修飾 / SrTiO3 / ペロブスカイト / 鉄系超伝導 / 電子フォノン相互作用

本研究では、二次元超伝導FeSeについてその薄膜の作製と電気伝導による評価によって超伝導の性質を調査するものである。具体的には、FeSe/SrTiO3(STO)の界面が超伝導特性に重要であると考えられているため、STO表面におけるデバイ振動数を増加させれば超伝導転移温度Tc を増大させることができるのではと考えた。方法としては軽い元素の水素を修飾することによって界面のデバイ振動数を増加させることを計画した。要素技術として我々は、STO表面に水素を修飾させる技術を開発した。これによりSTO表面が水素原子によって覆われ水素からの電子ドープによってSTO表面が半導体的挙動を示すことを発見した。これを踏まえこの表面にFeSe薄膜を作製すればFeSeとSTOの界面に水素原子を導入することができる。ただ、FeSe自体の超伝導観測もハードルが高く、まず膜厚が1~数原子層程度であることから大気暴露ができないこと、超伝導に影響を与えないキャップ層の形成が難しいこと、抵抗率が低いため電気伝導率の測定装置を含めた全体的なシステムの開発が必要であることなどが挙げられる。また超伝導実現のためにはSTO表面の化学的・熱的処理が必要でありその最適化も重要である。このため我々は良質な単結晶FeSe薄膜作製の技術開発から行った。また電気伝導測定は超高真空中で行うために、専用の装置（独立駆動4短針STM）を用意した。結果として、STO表面を原子レベルで平坦にすることに成功し、またその上に良質なFeSe単結晶薄膜を作製することに成功した。また電気伝導測定も行い特性を調べたが、降温に伴って抵抗の低くなる金属的な挙動が得られており、超伝導化にはさらなる条件最適化が必要であることが分かった。今後更に条件を詰めて早いうちに超伝導観測と、界面の水素化による影響を調べていきたい。