空間反転対称性の人工制御による新奇超伝導状態の探索

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本研究の目的は、空間反転対称性が破れている結晶構造を持つ重い電子系超伝導体において期待されている新奇超伝導状態に対する新しい切り口として、重い電子系の薄膜作製技術を用いて、前例のない手法により人工的に重い電子超伝導体の空間反転対称性を制御し、新奇超伝導状態が起こるかどうかの検証をおこなうことである。本年度の成果としては、昨年度に確立した薄膜成長装置であるMBEシステムのさらなる改良をおこない、1桁程度の高真空化を実現し、反強磁性体CeIn3と同じ結晶構造を持つ通常金属LaIn3の超格子構造の高品質化を達成した。CeIn3層の厚みの減少とともに反強磁性温度が低下し、CeIn3層の厚みが2単位格子程度で量子臨界点を示唆する非フェルミ液体的振る舞いを観測した。さらに磁場をかけることにより、この非フェルミ液体的振る舞いが通常の振る舞いに戻ることを明らかにした。この結果は、次元性という新しいチューニンバパラメータにより、反強磁性秩序を制御し、量子臨界点を実現できることを世界で初めて示すものである。結果をまとめたものがサイエンス誌に出版され、世界的に高く評価されている。さらに、この技術を用いて、CeCoIn5のエピタキシャル成長に世界で初めて成功し、バルク単結晶と同等な超伝導特性を示す薄膜を作製した。また、CeIn3と格子マッチングのよい絶縁体MgF2の超格子構造において、空間反転対称性が破れていることを明らかにしたこの系においては現時点ではエピタキシャル成長には至っていないが、今後の成膜条件の絞り込みによって空間反転対称性の破れた系のエピタキシャル超格子構造の創出が期待できる。