レーザー光電子分光を用いたトポロジカル超伝導体の研究

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層状チェーン構造を持つ擬一次元セミメタルとして知られているZrTe5およびTaSe3に着目し研究を行なった。ZrTe5は弱いトポロジカル絶縁相の候補物質、またTaSe3は強いトポロジカル絶縁相の候補物質として理論的な提案があった。特に、TaSe3は2K以下で超伝導転移を示すことから、マヨラナ粒子創発の舞台としても興味深い。第一原理計算では、ZrTe5やTaSe3に一軸ひずみを適用することにより、強いTI、弱いTI、Dirac半金属、および通常の絶縁体相間でトポロジー相転移することが予測されている。これらは、ひずみで引き起こされるトポロジカル相転移を研究するための理想的な舞台を提供し、マヨラナ粒子を制御する観点でも興味が持たれる。角度分解光電子分光（ARPES）による電子構造の直接観察は、トポロジカル特性を解明する強力な研究手法である。我々はレーザーベースのスピン分解ARPES測定をも実施し、ZrTe5およびTaSe3の電子構造と可能なトポロジカル表面状態（TSS）の最初の明確な観測を報告した。ZrTe5は弱いトポロジカル絶縁相にあること、またTaSe3は強いトポロジカル絶縁相にあることを実験から実証した。我々の結果はさらに、擬一次元TaSe3で発現する強いTI相に由来したトポロジカル超伝導の可能性を示すだけでなく、一軸ひずみでそれを制御する方法を提案した点で特に本研究目的に直結する進展があった。