原子層結晶と量子干渉効果を利用した超伝導ヘリカル状態の直接検出

点击翻译按钮获取中文摘要

本年度は計画に従って、現有の多元極限環境（超高真空・極低温・強磁場）対応のトランスポート測定装置を拡張し、試料準備チャンバーおよび原子構造評価に用いる低速電子回折（LEED）装置の整備を行った。さらに現有装置に走査トンネル顕微鏡（STM）の機能を追加した。STM測定の中核となる移動式のカプセル型ヘッドを完成させ、極低温環境で動作テストを行った。これまでに80 K, 4.2 K, 1.5 Kでテスト試料の原子分解能像を得ることに成功した。走査トンネル分光についても安定した測定を実現し、鉛の明瞭な超伝導エネルギーギャップを得た。本装置の大きな特徴として、同一試料に対して極限環境下でのトランスポート測定とSTM測定の両方を実施できることがあげられる。これにより、初年度の計画にあげた目標をほぼ達成することができた。本研究課題では、表面原子層結晶を超高真空環境で微細加工して1～10ミクロン幅の微細伝導チャンネルを作製し、磁場中で量子干渉効果を観測することを目標としている。これまでは試料の微細加工にはシャドーマスクを介したアルゴンスパッタを用いていたが、スパッタによって伝導チャンネルがそのエッジから汚染されるという問題を抱えていた。そこでアルゴンスパッタの代わりにNaClを蒸着することで伝導チャンネルを定義する手法を新たに開発し、その実用性を確認した。NaClが吸着した表面原子層は絶縁体化し、スパッタと違って近傍の領域を汚さないため、この手法はマスクパターニングとして有用である。