共同研究報告書

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1 ( 様式 4) 二国間交流事業共同研究報告書 平成 30 4 月 23 日 独立行政法人日本学術振興会理事長殿 共同研究代表者所属 部局 東京大学大学院理学系研究科 ( ふりがな ) 職 氏名 はせがわ教授 長谷川 しゅうじ修司 1. 事 業 名相手国 ( ロシア ) との共同研究 振興会対応機関 ( RFBR ) 2. 研究課題名 シリコン表面状の原子層合金 化合物での超伝導 3. 全採用期間平成 28 4 月 1 日 ~ 平成 30 3 月 31 日 ( 2 0 ヶ月 ) 4. 経 費 総 額 本事業により執行した研究経費総額 研究交流経費 ( 直接経費 ):4,400,000 円 間接経費 :600,000 円 初経費 研究交流経費 ( 直接経費 ):2,000,000 円 間接経費 : 600,000 円 2 経費 研究交流経費 ( 直接経費 ):2,400,000 円 間接経費 : 0 円 3 経費 研究交流経費 ( 直接経費 ): 円 間接経費 : 円 5. 研究組織 (1) 日本側参加者 ( 実施期間中の参加者全員 ( 途中から参加 / 不参加となった方も含む )) 途中から参加 / 不参加となった場合は 参加期間も記入してください 氏名 所属 職名 秋山了太 東京大学 助教 高山あかり 東京大学 助教 保原麗 東京大学 特任研究員 : 月 1 日 ~ 月 31 日 一ノ倉聖 東京大学 学振特別研究員 : 月 1 日 ~ 月 31 日 JianLin WANG 東京大学 客員共同研究員 : 月 1 日 ~ 月 26 日 花塚真大 中村友謙 遠藤由大 Di FAN 武内康範 中西亮介 Hongrui HUANG : 月 1 日 ~ 月 31 日 遠山晴子 : 月 1 日 ~ 月 31 日 - 1 -

2 宮内恵太長谷川幸雄吉田靖雄 Howon Kim : 月 1 日 ~ 月 31 日東京大学 准教授東京大学 助教東京大学 特任研究員 : 月 1 日 ~ 月 31 日 (2) 相手国側研究代表者 所属 職名 氏名所, ロシア科学アカデミー 副所長 Saranin Alexander A. (3) 相手国参加者 ( 実施期間中の参加者全員 ( 途中から参加 / 不参加となった方も含む )) 途中から参加 / 不参加となった場合は 参加期間も記入してください 氏 名 所属 職名 Andrey V. Zotov Dimitry V. Gruznev Andrey V. Matetskiy Leonid V Bondarenko Alexandra Y Tupchaya Ivan A. Kibirev 所, ロシア科学アカデミー 研究室長所, ロシア科学アカデミー 主任研究員所, ロシア科学アカデミー 研究員所, ロシア科学アカデミー 研究員所, ロシア科学アカデミー 博士課程学生所, ロシア科学アカデミー 博士課程学生 *(1) (3) 共に代表者は除きます - 2 -

3 6. 研究実績概要 ( 全期間を通じた研究の的 研究計画の実施状況 成果等の概要を簡潔に記載してくださ い ) 的 本研究では ここ 5 6 で発見された 1 または 2 原子層だけの超伝導 原子層超伝導 の物質系を系統的に探索して拡張し 超伝導物性の新展開をめざす 結晶表面上に作成された これら原子層超伝導体は 空間反転対称性が破れているため ラシュバ効果が発現して スピン分裂した電子状態となり その結果 パリティの破れた超伝導 状態となる可能性がある そこではスピン偏極した超伝導電流が流れるなど 特異な超伝導特性を示すことが予想されているので その物質系の探索と拡張が的である 研究計画と実施状況 ロシア ウラジオストック側の走査トンネル顕微鏡 (STM) と角分解光電子分光 (ARPES) による実験的研究および第一原理計算による理論的研究と 東京側の超高真空極低温マイクロ 4 端子電気伝導測定法および超低温 STM 法による実験的研究を相補的に組み合わせることによって 原子層超伝導の原子配列構造 バンド構造 フェルミ面構造 スピン構造 および伝導特性を総合的に調べることができる世界に類の無い研究チームとなっている とくに ロシア側研究グループは 2 種類の金属の合金原子層の形成に関して 世界的にみても圧倒的な情報の蓄積を持っているので 本研究ではそれをベースにして さまざまな物質系で原子配列構造 バンド構造 スピン構造 および伝導特性の研究を行った 主に若手研究者の交流を通じてこれらの標を達成する 日本側とロシア側は相補的な研究手法に強みをもっているので とくに若手研究者をロシアに派遣して共同して実験を進めた 成果 全期間を通して得られた学術的成果のうち主なものは以下の通りである (1) 非従来型超伝導の証拠 :Si(111) 単結晶基板上にタリウム (Tl) を 1 原子層と鉛 (Pb) を 1/3 原子 層吸着させたときに形成される Si(111)- 3 3-(Tl,Pb) 表面超構造が 2 K 程でラシュバ効果によっ てスピン分裂したバンドを持ち さらに超伝導に転移することを我々が発見していたが (A.V. Matetskiy,et al., Phys. Rev. Lett. 115, (Oct, 2015)) そこに磁場を印加してときにでき るボルテックス構造を超低温 STM で詳細に調べた結果 従来の BCS 超伝導理論では説明できない現象を いくつか見出した これは パリティの破れた超伝導 状態である可能性が高い 現在 その成果は Physical Review B 誌に投稿し審査中である (2) ボーズ金属 相の発見 :Si(111) 基板上にタリウムを 2 原子層成長させると それが 1 K 程で 超伝導に転移することを発見した さらに 面直磁場を印加すると特異な抵抗変化を示して超伝導 - 金 属 - 絶縁体転移することを発見した その中間相である金属相がボーズ金属といわれる量子相であるこ とを示した S. Ichinokura, et al., 2D Materials 4, (Feb, 2017) として出版した (3) 超伝導近接構造による表面構造の超伝導転移の発見 :Si(111) や Ge(111) 基板に鉛を 4/3 原子層吸 着させるとストライプ型非整合 (SIC) 相が形成されるが それ自体は 0.8 K 以上の温では超伝導に 転移しない しかし そのうえに ナノメートルサイズの鉛アイランドを散在させると 1 K 付近で超 伝導に転移することを発見した これは 鉛アイランドが超伝導化し そこからクーパー対が SIC 相に 染み出して表面全体が超伝導に転移するためであることを明らかにした 現在 Journal of Physical Society of Japan に投稿中である (4) トポロジカル超伝導の可能性の発見 :Bi(111) 結晶表面上に トポロジカル結晶絶縁体である SnTe 原子層を成長させると 5 K 程で超伝導転移を示すことを発見した 印加磁場の角依存性から界面 近傍だけの 2 次元超伝導であることを示した これは 格子歪みをもった SnTe が超伝導転移したを考 えられ トポロジカル超伝導体になっている可能性がある 今後 トンネル分光法によってゼロバイア スピークを観測して マヨラナモードを確認したい - 3 -

4 7. 派遣 受入実績 (1) 各研究期間中に相手国または相手国以外の国を訪問した日本側参加者氏名 派遣期間 主たる訪問 先 ( 相手国以外の国における訪問先には下線を引き 国名を明記してください 委託費から支出し た出張のみ記載してください ただし 日本国内出張は除きます ) 氏名 所属 職名 秋山了太 東京大学 助教 高山あかり 東京大学 助教 一ノ倉聖 東京大学 学振特 別研究員 Fan DI 東京大学 修士 課程学生 小計 5 名 ( 延べ人数 ) 高山あかり 東京大学 助教 遠山晴子 東京大学 修士課程 学生 Huang Hongrui 東京大学 修 士課程学生 小計 5 名 ( 延べ人数 ) 期間 ( 現地到着日 ~ 現地出発日 ) ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 主たる訪問先 ( 機関名 国名 ) Hannover Congress Centrum ドイツ Aqua Kauai Beach Resort 米国 ( ハ ワイ ) 小計名 ( 延べ人数 ) 合計 10 名 ( 延べ人数 ) - 4 -

5 (2) 各研究期間中に受け入れた相手国参加者氏名 来日期間 主たる訪問先 ( 振興会から滞在費等の支給 1 を受けた研究者に * 印をつけてください ) 期間氏名 所属 職名 ( 来日日 ~ 離日日 ) 主たる訪問先 ( 機関名 ) 小計 0 名 ( 延べ人数 ) 2 Alexander A. Saranin 月 21 日 ~28 日 所 副所長 Andrey V. Zotov 月 21 日 ~28 日 所 研究室長 Andrey V. Matetskiy 月 21 日 ~28 日 所 研究員 Leonid V Bondarenko 月 21 日 ~28 日 所 研究員 小計 4 名 ( 延べ人数 ) 3 小計名 ( 延べ人数 ) 合計 4 名 ( 延べ人数 ) - 5 -

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