Microscopic study of quantum phase transition on atomic-layer superconductors

原子层超导体量子相变的微观研究

• 批准号: 22KJ0920
• 负责人: 佐藤 優大
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0920/
• 关键词: 二次元超伝導; 原子層超伝導; 渦糸; 超伝導絶縁体転移; 量子相転移; 走査トンネル顕微鏡; 走査トンネル分光; 表面電気伝導

本研究では、二次元超伝導体の磁場・乱れ誘起量子相転移の微視的観察のために、金属表面原子層超伝導体の超伝導特性をヘリウム3冷却超高真空走査トンネル顕微鏡（STM）測定により評価して、マクロ測定である表面電気伝導測定の結果との対応付けを行った。この系は、表面に形成されるステップが超伝導に対して乱れとして作用するので、基板の切り出し角を変えることで、ステップ密度すなわち乱れを系統的に制御できる。STM測定では測定温度0.36 Kにおいて、磁場を変えながら超伝導ギャップの空間分布図を取得して、渦糸分布やギャップ構造の磁場依存性について評価して、表面電気伝導測定との比較を行った。二次元超伝導体において、磁場誘起超伝導絶縁体転移間でしばしば観測される異常金属相が本研究の電気伝導測定でも観測された。異常金属相は量子ゆらぎによる渦糸の運動に起因すると考えられているがその詳細な起源は明らかになっていない。異常金属相におけるSTM観察では、個々の渦糸が観測された。今回の研究から、異常金属相は、平衡位置に弱く留まる渦糸が、無限小の印加電流によって渦糸の運動が誘起されたものと考えている。さらに、異常金属状態が現れる磁場より高磁場で、融解相や擬ギャップ状態を観測し、ステップ密度の違いによって、その振る舞いが大きく異なることを明らかにした。同時に、ヘリウム3冷却STM において、STM測定と電気伝導測定を同一装置・試料で行うために、必要となる試料ホルダー・装置の改良について業者とやり取りを行った。現在、納品を終えて、装置の改良を始める段階に至っている。改良後の装置では、同一試料に対して電気伝導測定・STM測定を行うことが可能になる他、面内電流を流しながらSTM測定を行うことも可能であるため、異常金属相と無限小印加電流の関係について評価するためにも重要であると考えている。

在这项研究中，为了在二维超导体中对磁场和湍流诱导的量子过渡的观察，使用氦3冷的Ultraigh ultraigh真空吸尘器扫描（STM）测量值测量和相应的电动到相应的电位，使用了金属表面原子层超导体的超导性能评估。在此系统中，在表面上形成的步骤是针对超导性的干扰，因此可以通过更改基板的切割角来系统地控制阶跃密度或干扰。在STM测量中，在测得的温度为0.36 K时更改磁场时获得了超导间隙的空间分布图，并评估了涡流分布和间隙结构的磁场依赖性，并与表面电气传导测量进行了比较。在二维超导体中，在这项研究的电导传导测量中，还观察到在磁场引起的超导体绝缘体过渡期间经常观察到的异常金属相。异常金属相被认为归因于由于量子波动引起的涡流的运动，但其详细的起源尚不清楚。在异常金属相的STM观测中观察到单个涡旋。从本研究中，我们认为，异常金属相是在平衡位置弱保持的涡流，并且涡旋螺纹的运动是由无限小的施加电流诱导的。此外，我们在磁场上观察到熔融相位和伪造态的磁场比出现异常金属状态的磁场，并揭示其行为取决于步骤密度的差异。同时，在氦3冷却的STM中，我们与承包商进行了有关使用同一设备和样品执行STM测量和电导率测量所需的样品持有人和设备的改进。当前，交付已经完成，设备已开始改进。在改进的设备中，可以在同一样品上执行电导传导和STM测量，并在进行平面电流时执行STM测量，因此我们认为这对于评估异常金属相和无限施加的电流之间的关系很重要。

项目成果

微傾斜面上に形成されたPb単原子層薄膜の高磁場における擬ギャップ観

高磁场下微倾斜表面上形成的 Pb 单层薄膜的赝间隙视图

• 发表时间: 2022
• 作者: Ogino Takahiro;Seo Insung;Tajiri Hiroo;Nakatake Masashi;Takakura Sho-ichi;Sato Yudai;Hasegawa Yukio;Gohda Yoshihiro;Nakatsuji Kan;Hirayama Hiroyuki;佐藤優大;佐藤優大
• 通讯作者: 佐藤優大

原子層超伝導体における磁場・乱れ誘起量子相転移の微視的観察

原子层超导体中磁场/湍流引起的量子相变的显微观察

• 发表时间: 2022
• 作者: Ogino Takahiro;Seo Insung;Tajiri Hiroo;Nakatake Masashi;Takakura Sho-ichi;Sato Yudai;Hasegawa Yukio;Gohda Yoshihiro;Nakatsuji Kan;Hirayama Hiroyuki;佐藤優大
• 通讯作者: 佐藤優大

Superconductivity in a two monolayer thick indium film on Si(111)√3×√3-B

Si(111)√3×√3-B 上两层单层厚铟膜的超导性

• DOI: 10.1103/physrevb.106.045423
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Ogino Takahiro;Seo Insung;Tajiri Hiroo;Nakatake Masashi;Takakura Sho-ichi;Sato Yudai;Hasegawa Yukio;Gohda Yoshihiro;Nakatsuji Kan;Hirayama Hiroyuki
• 通讯作者: Hirayama Hiroyuki

Quantum breakdown of superconductivity on mono-atomic-layer metal films formed on semiconducting substrates

半导体基底上形成的单原子层金属薄膜的超导性的量子击穿

• 发表时间: 2022
• 作者: Ogino Takahiro;Seo Insung;Tajiri Hiroo;Nakatake Masashi;Takakura Sho-ichi;Sato Yudai;Hasegawa Yukio;Gohda Yoshihiro;Nakatsuji Kan;Hirayama Hiroyuki;佐藤優大;佐藤優大;Yudai Sato
• 通讯作者: Yudai Sato