Ｂｉ系トポロジカル絶縁体の電子状態と超伝導接合に関する研究

本研究の大きな目的は、トポロジカル絶縁体と超伝導が組み合わさった系の物性を調べることである。本年度は特にトポロジカル超伝導体候補物質であるCuxBi2Se3の超伝導に着目した。本物質の超伝導発現条件を明らかにすることを目的とし、Bi2Se3の物性のCuの添加による影響を調べた。具体的には磁化、キャリア数および結晶構造に注目し、Cuの添加によってそれぞれの物性値がどのように変化するのか、またその変化が超伝導発現に関係があるか否かをひとつひとつ調べた。磁化測定により、添加したCuの仕込み値xが0.1以上の領域で超伝導が発現することがわかった。キャリア密度は、Cuを添加したことによって大きく増大したが、x = 0.1以上の領域ではほとんど変化しないという結果になった。x = 0.08の試料はバルクのキャリア密度が10の20乗毎立方センチメートルを超える十分なキャリアがドープされているにも関わらず超伝導になっていない。この結果から、キャリアドーピングだけが超伝導発現の条件ではないと結論づけた。結晶構造解析によって、x＜0.1の低ドープ領域では、層間に対応するBi-Cu間の原子間距離が伸びており、インターカレートしていることが確かめられた。0.1＜xの高ドープ領域では、Cuはインターカレート以外のサイトに入ることが示された。これまでの研究によって、フェルミ面の異方性は、キャリア数にのみ依存するという結論を得ていた。キャリアドーピングだけが超伝導発現条件ではないという先の結論と合わせると、フェルミ面異方性の増大も直接の超伝導発現条件ではないことが示唆される。

本研究の大きな目的は、トポロジカル絶縁体と超伝導が組み合わさった系の物性を調べることである。本年度は特にトポロジカル超伝導体候補物質であるCuxBi2Se3の超伝導に着目した。本物質の超伝導発現条件を明らかにすることを目的とし、Bi2Se3の物性のCuの添加による影響を調べた。具体的には磁化、キャリア数および結晶構造に注目し、Cuの添加によってそれぞれの物性値がどのように変化するのか、またその変化が超伝導発現に関係があるか否かをひとつひとつ調べた。磁化測定により、添加したCuの仕込み値xが0.1以上の領域で超伝導が発現することがわかった。キャリア密度は、Cuを添加したことによって大きく増大したが、x = 0.1以上の領域ではほとんど変化しないという結果になった。x = 0.08の試料はバルクのキャリア密度が10の20乗毎立方センチメートルを超える十分なキャリアがドープされているにも関わらず超伝導になっていない。この結果から、キャリアドーピングだけが超伝導発現の条件ではないと結論づけた。結晶構造解析によって、x＜0.1の低ドープ領域では、層間に対応するBi-Cu間の原子間距離が伸びており、インターカレートしていることが確かめられた。0.1＜xの高ドープ領域では、Cuはインターカレート以外のサイトに入ることが示された。これまでの研究によって、フェルミ面の異方性は、キャリア数にのみ依存するという結論を得ていた。キャリアドーピングだけが超伝導発現条件ではないという先の結論と合わせると、フェルミ面異方性の増大も直接の超伝導発現条件ではないことが示唆される。