原子層高温超伝導体を用いた高密度マヨラナ格子の創製への挑戦

SrTiO3(STO)基板上の単層FeSe薄膜は、40-109Kという高い転移温度Tcで超伝導を示すことが報告されている。これはバルクFeSeのTcが8Kであり、一般に物質を薄膜化するとTcが下がることを考えると、驚くべき事実である。このTc上昇の原因としてSTO基板とFeSe薄膜での界面が重要な役割を与えると考えられているが、我々はこれまでの研究によりSTO基板のNbドープ量が本質的な役割を果たしている可能性を突き詰めた。本研究ではこれを単層Fe(Se,Te)薄膜に発展させ、Fe(Se,Te)のトポロジカル超伝導特性を活用し、さらに自己組織的に磁性元素を並べることで、高温でマヨラナ正方格子を実現することが目的である。本年度はこの最終目標に向けて、まずはSTO上の単層FeTeの成長様式の評価と物性評価を走査トンネル顕微鏡/分光(STM/STS)測定で行った。まず重要な知見として、FeTeはFeSeよりも低温の300℃で薄膜成長し、400℃程度の加熱により壊れてしまうことが分かった。STSによる電子状態測定において、単層FeTeの性質はバルクのものと大きく違わない反強磁性体であることが分かった。一方、STM像ではSTO表面の√13×√13集計が明確に観測された。この解釈として、FeTeとSTOの界面にTe原子が存在しており、STO表面の構造的な変調をうけるものの、FeSeのようにSTOからの電子ドープは妨げたれている可能性が示唆された。並行して、角度分解光電子分光による電子状態測定に向けて、新しい装置を購入し測定条件の最適化などを行った。

SrTiO3(STO)基板上の単層FeSe薄膜は、40-109Kという高い転移温度Tcで超伝導を示すことが報告されている。これはバルクFeSeのTcが8Kであり、一般に物質を薄膜化するとTcが下がることを考えると、驚くべき事実である。このTc上昇の原因としてSTO基板とFeSe薄膜での界面が重要な役割を与えると考えられているが、我々はこれまでの研究によりSTO基板のNbドープ量が本質的な役割を果たしている可能性を突き詰めた。本研究ではこれを単層Fe(Se,Te)薄膜に発展させ、Fe(Se,Te)のトポロジカル超伝導特性を活用し、さらに自己組織的に磁性元素を並べることで、高温でマヨラナ正方格子を実現することが目的である。本年度はこの最終目標に向けて、まずはSTO上の単層FeTeの成長様式の評価と物性評価を走査トンネル顕微鏡/分光(STM/STS)測定で行った。まず重要な知見として、FeTeはFeSeよりも低温の300℃で薄膜成長し、400℃程度の加熱により壊れてしまうことが分かった。STSによる電子状態測定において、単層FeTeの性質はバルクのものと大きく違わない反強磁性体であることが分かった。一方、STM像ではSTO表面の√13×√13集計が明確に観測された。この解釈として、FeTeとSTOの界面にTe原子が存在しており、STO表面の構造的な変調をうけるものの、FeSeのようにSTOからの電子ドープは妨げたれている可能性が示唆された。並行して、角度分解光電子分光による電子状態測定に向けて、新しい装置を購入し測定条件の最適化などを行った。