強い相対論効果を持つ層状化合物におけるエキゾチック超伝導の研究

具有强相对论效应的层状化合物的奇异超导研究

基本信息

批准号：
15J11876
负责人：
大川顕次郎
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、昨年度のβ-PdBi2およびPdTe2の研究で得られた知見から、金属相におけるトポロジカル電子相の開拓を目的として、半金属ベースの物質設計の指針を立て、実験実証に適した新たな物質の探索を行った。特にスピン軌道相互作用の強いビスマス化合物に着目し、純良単結晶を用いた、強い相対論効果が誘起する特異な超伝導および常伝導（磁気輸送）特性の観測を目標とした。層状半金属InBiについて、従来の報告より残留抵抗比が数倍高い単結晶を育成し、極低温抵抗率測定を行ったところ、超伝導は観測されなかった一方で、低温において30,000 %を超える正の巨大磁気抵抗の観測に成功した。一般的なtwo-carrier modelを用いて輸送特性解析を行い、電子と正孔の優れたキャリアバランスが一つの起源となることを明らかにした。第一原理電子状態計算から、強いスピン軌道相互作用により、特定の結晶対称点においてフェルミレベル近傍に3D-Dirac分散が現れることが分かり、巨大磁気抵抗に寄与していることが示唆された。さらに、共同研究として角度分解光電子分光測定から表面およびバルク電子構造を観察し、InBiが新たなトポロジカル半金属である可能性を示唆する結果を得た。層状超伝導体α-PdBi2について、単結晶を用いた極低温までの抵抗率測定を行い、バルク超伝導パラメータを決定した。また、共同研究を行い、磁場侵入長測定による詳細な超伝導対称性の考察を行った。第一原理電子状態計算からはトポロジカル電子状態の存在が示唆され、新たなトポロジカル超伝導体候補物質として期待できる知見を得た。

今年，基于去年对β-PdBi2和PdTe2的研究获得的知识，我们制定了半金属基材料设计指南，旨在开发金属相中的拓扑电子相，并创建了适合进行实验演示的新材料。一种探索。我们特别关注具有强自旋轨道相互作用的铋化合物，旨在利用纯单晶观察由强相对论效应引起的独特超导和常导（磁输运）特性。对于层状半金属InBi，当我们生长出残余电阻率比先前报道高出数倍的单晶并进行低温电阻率测量时，我们发现虽然没有观察到超导性，但在低温下电阻率超过了30,000%。成功观测到巨磁阻。我们使用一般的双载流子模型分析了传输特性，发现其根源之一是电子和空穴之间出色的载流子平衡。第一原理电子结构计算表明，由于强自旋轨道相互作用，3D-狄拉克色散出现在特定晶体对称点的费米能级附近，这表明它有助于巨磁阻。此外，作为我们联合研究的一部分，我们通过角分辨光电子能谱观察了表面和体电子结构，结果表明InBi可能是一种新的拓扑准金属。我们使用单晶测量了层状超导体 α-PdBi2 在极低温度下的电阻率，并确定了体超导参数。此外，我们还进行了联合研究，并利用磁场穿透长度测量来研究详细的超导对称性。第一原理电子态计算表明拓扑电子态的存在，并获得了有望成为新的拓扑超导体候选物的发现。