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。

在本研究中，我们将使用氦3冷却超高真空扫描隧道显微镜（STM）研究金属表面原子层超导体的超导特性，以微观观察二维超导体中磁场/湍流引起的量子相变结果通过测量进行评估，并与表面电导率测量结果相关联，这是宏观测量。在该系统中，表面上形成的台阶对超导性起到干扰作用，因此通过改变基板的切割角度，可以系统地控制台阶密度或干扰。在STM测量中，我们在测量温度为0.36 K时，获得了改变磁场时超导间隙的空间分布图，评估了涡旋分布和间隙结构对磁场的依赖性，并与表面电学进行了比较。电导率测量。在本研究的电导测量中也观察到了二维超导体中磁场感应的超导-绝缘体转变之间经常观察到的异常金属相。异常金属相被认为是由量子涨落引起的涡流运动引起的，但其详细起源尚不清楚。对异常金属相的 STM 观察揭示了单独的涡流。基于这项研究，我们认为异常金属相是由微弱地保持在平衡位置的涡流引起的，并且涡流的运动是由无穷小的施加电流引起的。此外，我们在高于异常金属态出现的磁场下观察到熔融相和赝能隙态，并揭示它们的行为根据阶梯密度而有很大差异。同时，为了使用与氦3冷却STM相同的设备和样品进行STM测量和电导率测量，我们与供应商就样品架和设备的必要改进进行了沟通。现在我们已经完成了交付，现在可以开始改进设备了。改进后的装置不仅能够对同一样品进行电导率测量和STM测量，而且还能够在通过面内电流的同时进行STM测量，使得区分异常金属相和无穷小电压成为可能。我们认为这对于评估电流之间的关系也很重要。

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