Exploring Majorana quasi-particles in monolayer heavy-fermion superconductors

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トポロジカル超伝導体において創発されるマヨラナ準粒子は、その非可換エニオンという新奇の統計性を示す粒子の元となる粒子として基礎物理学の立場から興味が持たれているだけでなく、トポロジカル量子計算という誤り耐性の高い量子計算を可能にする粒子として、近年世界中で注目され活発に研究されている。本研究では極低温走査型トンネル顕微鏡によりCeCoIn5原子層膜に対しその場観察を行い、純粋な２次元のCeCoIn5でも重い電子の形成が起こり、超伝導に転移するかを検証し、さらに異方的超伝導体を用いた世界初のマヨラナ準粒子創発の決定的証拠を得ることを目指す。初年度はCeCoIn5原子層膜の作製およびSTMによるスペクトル観察に注力した。MgF2を基板に用い、その上に20nm程度のYbCoIn5をバッファー層として成長させ、その上に薄膜CeCoIn5をエピタキシャル成長させた。作製された試料の表面ををSTM装置で観測した。試料を3He温度まで冷却し、単原子層CeCoIn5のトンネル伝導度を測定した結果、単層膜でも混成ギャップが生じることがわかった。さらに、極低温ではゼロバイアスにもギャップが生じることがわかった。このギャップは高温や高磁場では抑制されることから、超伝導ギャップであることがわかった。これらの結果から、f原子重い電子系単層膜は純粋な２次元系でも混成し、かつ超伝導を示すことがわかった。このような純２次元系での重い電子系超伝導の実現は世界で初めてのことである。