Top About Us Achievements Reports Access Map Lab's HP
About Us
Member
| Supervisor | Extension | ||
|---|---|---|---|
| Professor | Migaku ODA | moda< at >sci.hokudai.ac.jp | 3575 |
| Associate Professor | Hideo MATSUYAMA | matsu< at >phys.sci.hokudai.ac.jp | 4416 |
| Assistant Professor | Tohru KUROSAWA | kurosawa< at >sci.hokudai.ac.jp | 2682 |
| Assistant Professor | Hiroyuki YOSHIDA | hyoshida< at >sci.hokudai.ac.jp | 2682 |
Research Outline
Superconductivity is a phenomena of exactly zero electrical resistance below its critical temperature Tc. Furthermore, superconductors show a wonderful property; they float above a magnet and they are utilized for the superconducting maglev. However, an expensive cryogen is necessary for using superconductors because the highest Tc is currently 135 K. We need to find new materials which become superconductivity at room temperatures. The mechanism of high temperature superconductivity for cuprates is still unclear. If its mechanism is clarified, it will help us to discover materials with higher Tc. In our group, we have investigated the electronic properties for high-Tc cuprates using the scanning tunneling microscopy, STM, to clarify the mechanism of high temperature superconductivity. We are doing researches on magnetism and electron spin physics of solids, mainly for the surfaces, ultra-thin films, and nano-structured materials, where the key words are “spin” and “nano”. When materials become smaller or thinner, there appear novel magnetic and spin-related properties, because of the broken symmetry. In the experiments, we are using Spin-Polarized Scanning Electron Microscope (Spin SEM), Spin-Polarized Scanning Tunneling Microscope (STM), Spin-Polarized Spectroscope, 4 Probe with SEM/STM, Physical Property Measurement System etc, which we developed or modified for our own use.
Achievements from April, 2016 to March, 2017
Under Construction
Achievements from April, 2015 to March, 2016
Publications
Original Papers
- STM/STS studies for interplane disorder effects on the electronic states of the Cu-O plane in Bi2201
T. Kurosawa, G. Hatta, H. Miyazaki, J. Yamaji, K. Yoshikawa, Y. Nakagawa, Y. Shibata, H. Yoshida, M. Oda, M. Ido, K. Takeyama and N. Momono
Int. J. Mod. Phys. B, 29, 1542009 (2015). - Electron scattering, charge order, and pseudogap physics in La₁.₆₋xNd₀.₄SrxCuO₄: An angle-resolved photoemission spectroscopy study
C. E. Matt, C. G. Fatuzzo, Y. Sassa, M. Mansson, S. Fatale, V. Bitetta, X. Shi, S. Pailhes, M. H. Berntsen, T. Kurosawa, M. Oda, N. Momono, O. J. Lipscombe, S. M. Hayden, J. Q. Yan, J. S. Zhou, J. B. Goodenough, S. Pyon, T. Takayama, H. Takagi, L. Patthey, A. Bendounan, E. Razzoli, M. Shi, N. C. Plumb, M. Radovic, M. Grioni, J. Mesot, O. Tjernberg and J. Chang
Phys. Rev. B, 92, 134524 (2015). - Evidence for carrier localization in the pseudogap state of cuprate superconductors from coherent quench experiments
I. Madan, T. Kurosawa, Y. Toda, M. Oda, T. Mertelj and D. Mihailovic
Nature Communications, 6, 6958 (2015). - Nodal gap behavior of Bi₂Sr₂₋xLnxCuO_(₆+δ) (Ln = La, Eu) investigated by specific heat measurements
M. Shimizu, Y. Moriya, S. Baar, N. Momono, Y. Amakai, H. Takano, S. Murayama, T. Kurosawa, M. Oda and M. Ido
Int. J. Mod. Phys. B, 29, 1542014 (2015). - STM/STS study of the superconducting gap in SmFeAsO₁₋xFx
Y. Kawashima, K. Ichimura, K. Katono, T. Kurosawa, M. Oda, S. Tanda, Y. Kamihara and H. Hosono
Solid State Commun, 204, 33, (2015). - Time-resolved polarimetry for photoexcited QP dynamics in Bi2212
K. Watanabe, S. Tsuchiya, Y. Toda, T. Kurosawa, M. Oda, T. Mertelj, I. Madan, V. V. Kabanov and D. Mihailovic
Int. J. Mod. Phys. B, 29, 1542031 (2015). - Rotated stripe order and its competition with superconductivity in La₁.₈₈Sr₀.₁₂CuO₄
V. Thampy, M. P. M. Dean, N. B. Christensen, L. Steinke, Z. Islam, M. Oda, M. Ido, N. Momono, S. B. Wilkins, and J. H. Hill
Phys. Rev. B, 90, 100510, (2015). - Field-induced interplanar magnetic correlations in the high-temperature superconductor La₁.₈₈Sr₀.₁₂CuO₄
A. T. Romer, P. J. Ray, N. Jacobsen, L. Udby, B. M. Andersen, M. Bertelsen, S. L. Holm, N. B. Christensen, R. Toft-Petersen, M. Skoulatos, M. Laver, A. Schneidewind, P. Link, M. Oda, M. Ido, N. Momono and K. Lefmann
Phys. Rev. B, 91, 174507, (2015). - Transport properties of the metallic two-dimensional triangular antiferromagnet Ag₂CrO₂
T. Kida, A. Okutani, H. Yoshida and M. Hagiwara
Physics Procedia, 75, 647–652 (2015). - Experimental observation of multiple-Q states for the magnetic skyrmion lattice and skyrmion excitations under a zero magnetic field
M. Nagao, Y. So, H. Yoshida, K. Yamaura, T. Nagai, T. Hara, A. Yamazaki and K. Kimoto
Phys. Rev. B, 92, 140415(R) (2015).
Academic Conferences (International Conferences, International Symposia
Invited Lectures (Oral Presentaions)
- Orbital switching phenomenon in spin-1/2 kagome antiferromagnet volborthite
H. Yoshida,
International symposium “orbital control for novel functions in multiband systems” in study of matter at extreme conditions, Caribbean Sea, USA, March 2015.
- Frustrated magnetism of kagome lattice antiferromagnet
H. Yoshida,
International symposium “challenges and progress in strongly correlated functional materials” MRS-Japan, Yokohama, Japan, December 2015.
- STM/STS study on electronic charge order and large pseudogap in Bi2212
T. Kurosawa,
International conference “superstripes2014” Ischia, Italy, June 2014.
- STM/STS studies for interplane disorder effects on the pseudogap, electronic charge order and superconductivity in Bi2201
M, Oda,
International symposium “inhomogeneous superconductors and related materials” in study of matter at extreme conditions, Caribbean Sea, USA, March 2015.
Lectures (Poster Presentations)
- STM/STS Studies for Interplane Disorder Effects on the Electronic Properties of Bi-Based High-Tc Cuprates
M. Kataoka, Y. Shibata, T. Kurosawa, K. Takeyama, H. Yoshida, A. Kishi, Y. Yonekawa, N. Momono, M. Oda and M. Ido,
28th International Symposium on Superconductivity, Tokyo, Japan, November 2015.
- Transport properties of a metallic two-dimensional triangular antiferromagnet Ag₂CrO₂
T. Kida, A. Okutani H. Yoshida and M. Hagiwara,
International conference on magnetism 2015, Barcelona,
Spain, July 2015. - Impurity defects in iron-doped Bi2212
S. Baar, N. Momono, J. Suzuki, J. Soda, K. Kobayashi, H. Takano, Y Amakai, T. Kurosawa, M. Oda, and M. Ido,
20th International Conference on Magnetism, Barcelona, Spain, July 2015.
Academic Conferences (Internal Conferences, Internal Symposia)
Lectures (Oral Presentations)
- STM/STSから見たBi2212の擬ギャップと電荷秩序
黒澤 徹
高温超伝導フォーラム第3回会合，東京理科大学・葛飾キャンパス，東京都，2015年3月. - STM/STSから見たBi2212のオーバードープ領域におけるギャップ構造
岸文香，米川雄太，中川安徳，山路潤，黒澤徹，桃野直樹，吉田紘行，竹山幸作，小田研，伊土政幸，
日本物理学会第70回年次大会，早稲田大学，東京都，2015年3月. - STM/STSから見たBi2212のアンダードープ領域における電荷秩序と準粒子干渉
米川雄太，板垣征一朗，岸文香，黒澤徹，桃野直樹，吉田紘行，竹山幸作，小田研，伊土政幸
日本物理学会第70回年次大会，早稲田大学，東京都，2015年3月. - 三角格子反強磁性体β'-LiCoPO₄の合成と物性
吉田紘行, 宮川仁, 松下能孝, 岡部博孝，
日本物理学会第70回年次大会，早稲田大学，東京都，2015年3月. - 三角格子反強磁性体β'-LiCoPO₄のμSR
岡部博孝, 宮崎正範, 平石雅俊, 山内一宏, 竹下聡史, 幸田章宏, 小嶋健児, 門野良典, 吉田紘行, 宮川仁, 松下能孝，
日本物理学会第70回年次大会，早稲田大学，東京都，2015年3月. - 単結晶volborthiteの強磁場NMR III
吉田誠，那波和宏，瀧川仁，M. Jeong，S. Kr mer，M. Horvati，C. Berthier，松井一樹，後藤貴行，木村尚次郎，佐々木孝彦，石川孟，山浦淳一， 吉田紘行，岡本佳比古，広井善二，
日本物理学会第70回年次大会，早稲田大学，東京都，2015年3月. - 三角格子反強磁性体β’-LiCoPO₄の磁気構造解析
吉田紘行，岡部博孝，Sanghyun Lee，Ping Miao，鳥居周輝，神山崇，宮川仁，松下能孝
日本物理学会2015年秋季大会，関西大学，大阪，2015年9月. - 三角格子反強磁性体β’-LiCoPO₄のμSR II
岡部博孝，平石雅俊，山内一宏，竹下聡史，幸田章宏，小嶋健児，門野良典，吉田紘行，宮川仁，松下能孝，
日本物理学会2015年秋季大会，関西大学，大阪，2015年9月. - 新奇スピン1/2カゴメ格子反強磁性体CaCu₃(OH)₆Cl₂の磁性
野口直彌，石井裕人，片岡萌子，吉田紘行，小田研，
日本物理学会2015年秋季大会，関西大学，大阪，2015年9月. - S = 3/2カゴメ反強磁性体Li₂Cr₃SbO₈の磁性
石井裕人、野口直彌、片岡萌子、吉田紘行、小田研、
日本物理学会2015年秋季大会、関西大学、大阪、2015年9月. - STM/STS から見たBi₂Sr₂Ca₁₋xDyxCu₂O_(₈+δ)のギャップ構造
曽田 純平, 河村 一磨, 桃野 直樹, 雨海 有佑, 高野 英明, 黒澤 徹, 小田 研, 伊土 政幸，
日本物理学会2015年秋季大会，関西大学，大阪，2015年9月. - STM/STS から見たBi₂Sr₂CaCu₂O_(₈+δ)におけるFe 置換効果
鈴木 順也, 河村 一磨, 小林 侑幹, 桃野 直樹, 雨海 有佑, 高野 英明, 黒澤 徹, 小田 研,伊土 政幸，
日本物理学会2015年秋季大会，関西大学，大阪，2015年9月. - 銅酸化物高温超伝導体Bi₂Sr₂Ca₁₋xDyxCu₂O_(₈+δ)のアンダードープにおけるトンネルスペクトル
曽田純平，清水茉椰，守屋侑基，桃野直樹，雨海有祐，髙野英明，村山茂幸，黒澤徹，小田研，伊土政幸，
第50回応用物理学会北海道支部学術講演会，旭川市，2015年1月.
- STM/STSから見た銅酸化物超伝導体Bi₂Sr₂CaCu₂₋xFexO_(₈+δ)の不純物効果
鈴木順也，S. Baar，桃野直樹，雨海有祐，髙野英明，村山茂幸，黒澤徹，小田研，伊土政幸
第50回応用物理学会北海道支部学術講演会，旭川市，2015年1月.
Lectures (Poster Presentations)
- FeGe₁₋xSix系B20型化合物におけるスキルミオン結晶のローレンツ電子顕微鏡観察
肖英紀，長尾全寛，吉田紘行，長井拓郎，枝川圭一，齋藤嘉一，原徹，山崎淳司，木本浩司，
日本物理学会第70回年次大会，早稲田大学，東京都，2015年3月. - 二次元三角格子反強磁性体Ag2CrO2の磁気輸送現象
木田孝則、奥谷顕, 浅岡俊介, 吉田紘行, 萩原政幸，
日本物理学会2015年秋季大会，関西大学，大阪，2015年9月.
- *大谷修平，岡崎竜也，本田 築，佐藤拓洋，松山秀生，小池和幸，
“W(110)上のFeナノワイヤーの作製とそのSTM評価”，第76回応用物理学会秋季学術講演会
Administrative Organization of International Conferences or Symposia
Not Applicable
Research Works Abroad
Not Applicable
Grant-in-Aid for Scientific Research
- 吉田紘行
種 目：科研費・若手研究(B)
課題名：S = 1/2カゴメ格子反強磁性体の特異な量子スピン液体状態の解明
期 間：2015～2016年度
金 額：4,200千円
- 吉田紘行、井原慶彦
種 目：北大総長室事業推進経費(Fusion-H)
課題名：遷移金属化合物における新電子物性開拓
期 間：2015年度
金 額：1,000千円
- 黒澤 徹、石岡隼也
種 目：第29回寿原記念財団研究助成
課題名：TEMとSTMを用いた超高分解能原子イメージングによる銅酸化物高温超伝導体の電荷秩序に関する研究
期 間：2014年度採択および2015年度実施
金 額：1,200千円
- 小田 研、黒澤 徹、吉田紘行
種 目：科研費・基盤研究(C)
課題名：実空間と運動量空間の双方から見た銅酸化物高温超伝導と擬ギャップに対する不純物効果
期 間：2015～2017年度
金 額：2,600千円(2015年度分) 4,550千円(総額)
- 小池和幸
文部科学省 概算要求「自然免疫のナノ領域」
研究分担37,000千円(2011年4月1日～2016年3月31日)
Others
1. 小田 研
大学訪問(旭川西高等学校、H27.4)
2. 小田 研
研究実習(札幌西高等学校スーパーサイエンスハイスクール、H27.5～H27.12)
3. 小田 研
出前授業(立命館慶祥高等学校スーパーサイエンスハイスクール、H27.5)
4. 小田 研
大学研修(立命館慶祥高等学校スーパーサイエンスハイスクール、H27.6)
5. 吉田 紘行
研究実習(札幌西高等学校スーパーサイエンスハイスクール、H27.9)
6. 小田 研
出前授業(札幌東陵高等学校、H27.9)
7. 小田 研
大学研修(旭川西高等学校スーパーサイエンスハイスクール、H27.12)
8. 小田 研
大学紹介・出前授業(苫小牧東高校、H27.12)
9. 小田 研
旭川西高校スーパーサイエンスハイスクール・運営指導委員会委員
10. 小田 研
平成27年度スーパーサイエンスハイスクール生徒研究発表会委員
11. 松山秀生 日本物理学会北海道支部代議員
Achivements from April, 2014 to March, 2015
Publications
Original Papers
- STM/STS studies for interplane disorder effects on the electronic states of the Cu-O plane in Bi2201
T. Kurosawa, G. Hatta, H. Miyazaki, J. Yamaji, K. Yoshikawa, Y. Nakagawa, Y. Shibata, H. Yoshida, M. Oda, M. Ido, K. Takeyama and N. Momono
Int. J. Mod. Phys. B, in press, 2014. - Rotational symmetry breaking in Bi₂CaCu₂O_(8+δ) probed by polarized femtosecond spectroscopy
Y. Toda, F. Kawanokami, T. Kurosawa, M. Oda, I. Madan, T. Mertelj, V. V. Kabanov, D. Mihailovic
Phys. Rev. B 90, 094513-1--5 (2014). - 3. Separating pairing from quantum phase coherence dynamics above the superconducting transition by femtosecond spectroscopy
I. Madan, T. Kurosawa, Y. Toda, M. Oda, T. Mertelj, P. Kusar and D. Mihailovic
Scientific Reports 4, 5656 (2014). - 4. Strain-induced enhancement of the electron energy relaxation in strongly correlated superconductors
C. Gadermaier, V.V. Kabanov, A.S. Alexandrov, L. Stojchevska, T. Mertelj, C. Manzoni, G. Cerullo, N.D. Zhigadlo, J. Karpinski, Y.Q. Cai, X. Yao, Y. Toda, M. Oda, S. Sugai, and D. Mihailovic
Phys. Rev. X 4, 011056 (2014). - 5. Bulk nature of layered perovskite iridates beyond the Mott scenario: an approach from a bulk-sensitive photoemission study
A. Yamasaki, S. Tachibana, H. Fujiwara, A. Higashiya, A. Irizawa, O. Kirilmaz, F. Pfaff, P. Scheiderer, J. Gabel, M. Sing, T. Muro, M. Yabashi, K. Tamasaku, H. Sato, H. Namatame, M. Taniguchi, A. Hloskovskyy, H. Yoshida, H. Okabe, M. Isobe, J. Akimitsu, W. Drube, R. Claessen, T. Ishikawa, S. Imada, A. Sekiyama, and S. Suga
Physical Review B, 89, 121111(R), (2014). - 6. Spin-orbit-coupling-Induced jeff states in perovskite iridates studied byphotoemission spectroscopy
A. Yamasaki, O. Kirilmaz, A. Irizawa, A. Higashiya, T. Muro, H. Fujiwara, F. Pfaff, P. Scheiderer, J. Gabel, M. Sing, M. Yabashi, K. Tamasaku, A. Hloskovskyy, H. Okabe, H. Yoshida, M. Isobe, J. Akimitsu, W, Drube, T. Ishikawa, S. Imada, A. Sekiyama, R. Claessen, and S. Suga
JPS Conf. Proc., 3, 013001 (2014). - 1. A. Sugihara, S. Mizukami, Y. Yamada, K. Koike, and T. Miyazaki,
"High perpendicular magnetic anisotropy in D022-Mn31xGe tetragonal Heusler"
Appl. Phys. Lett. 104, 132404-1-4 (2014)* - 2. T. Niizeki,1, Y. Utsumi, R. Aoyama, H. Yanagihara, J. Inoue, Y. Yamasaki, H. Nakao, K. Koike, and E. Kita
"Erratum: “Extraordinarily large perpendicular magnetic anisotropy in epitaxially strained cobalt-ferrite CoxFe32xO4(001) (x50.75, 1.0) thin films”
Appl. Phys. Lett. 103, 162407 (2013)" Appl. Phys. Lett. 104, 059902-1-1 (2014)*
著書
- １．小池和幸
「スピン偏極ＳＥＭ」 マイクロビームアナリシス・ハンドブック、日本学術振興会、 マイクロビームアナリシス第141 委員会編、オーム社, 141-142 (2014)
Academic Conferences (International Conferences, International Symposia
Invited Lectures (Oral Presentaions)
- 1. M. Oda, T. Kurosawa, K. Takeyama, H. Yoshida, N. Momono and M. Ido
STM/STS studies for interplane disorder effects on the pseudogap, electronic charge order and superconductivity in Bi2201
10th International Conference on New Theories, Discoveries, and Applications of Superconductors and Related Materials, Chongqing, China, October, 2014. - 2. Y. Toda, K. Watanabe, S. Tsuchiya, T. Kurosawa, M. Oda, T. Mertelj, I. Madan, V. V. Kabanov and D. Mihailovic
Polarized femtosecond spectroscopy for quasiparticle dynamics associated with symmetry breaking in Bi₂Sr₂CaCu₂O_(8+δ)
5th International Conference on Photo Induced Phase Transitions and Cooperative Phenomena (PIPT5), Hotel Golf, Bled, Slovenia, June, 2014. - 3. Y. Toda, K. Watanabe, S. Tsuchiya, T. Kurosawa, M. Oda, T. Mertelj, I. Madan, V. V. Kabanov, and D. Mihailovic
Time-resolved polarimetry for quasi-particle dynamics in Bi2212
10th International Conference on New Theories, Discoveries, and Applications of Superconductors and Related Materials, Chongqing, China, October, 2014. - 4. N. Momono, S. Baar, M. Shimizu, Y. Moriya, R. Harada, T. Kurosawa, M. Oda, M. Ido, Y. Amakai, A. Sakai and H. Takano
The influence of impurity on the superconducting gap and the pseudogap of Bi₂Sr₂CaCu₂₋xFexO8+y and Bi2Sr2-xEuxCuO_(6+y)
SUPERSTRIPES 2014 Conference, Erice-Sicily, Italy, July, 2014. - 5. N. Momono, S. Baar, Y. Moriya, M. Shimizu, R. Harada, T. Kurosawa, M. Oda, M. Ido, Y. Amakai, A. Sakai and H. Takano
The impurity effects on the superconducting gap and the pseudogap of Fe-doped Bi2212 and Eu-doped Bi2201
10th International Conference on New Theories, Discoveries, and Applications of Superconductors and Related Materials, Chongqing, China, October, 2014.
Lectures (Oral Presentations)
- 1. H. Yoshida
Superconducting properties of Ag₂Pd₃S without inversion symmetry
International Conference on Strongly Correlated Electron Systems, Grenoble, France, July, 2014. - 2. M. Shimizu, Y. Moriya, S. Baar, N. Momono, Y. Amakai, H. Takano, S. Murayama, T. Kurosawa, M. Oda and M. Ido
Nodal superconducting gap of Bi₂Sr₂₋xLnxCuO_(6+y) (Ln=La, Eu) investigated by specific heat measurements
10th International Conference on New Theories, Discoveries, and Applications of Superconductors and Related Materials, Chongqing, China, October, 2014. - 3. S. Baar, M. Shimizu, Y. Moriya, R. Harada, N. Momono, H. Takano, T. Kurosawa, M. Oda, M. Ido
Quasiparticle Interference and Checkerboard Modulation in Overdoped Bi2212
27th International Conference on Low Temperature Physics, Buenos Aires, Argentina, August, 2014.
Academic Conferences (Internal Conferences, Internal Symposia)
Lectures (Oral Presentations)
- 1. 板垣征一朗，黒澤徹，米川雄太，竹山幸作，桃野直樹，吉田紘行，小田研，伊土政幸
STM/STSから見たアンダードープ領域におけるBi2212の電荷秩序と擬ギャップ
日本物理学会2014年秋季大会、中部大学、愛知県、9月、2014. - 2. 野並拓矢，吉田紘行，岸文香，黒澤徹，戸田泰則，竹山幸作，小田研，伊土政幸
STM/STSから見たBi2212の1次元変調構造とギャップサイズの相関
日本物理学会2014年秋季大会、中部大学、愛知県、9月、2014. - 3. 浦田理礼，柴田悠人，黒澤徹，吉田紘行，桃野直樹A，小田研，伊土政幸
STM/STSからみたBi2212の超伝導に対するNi不純物効果
日本物理学会2014年秋季大会、中部大学、愛知県、9月、2014. - 4. 吉田誠，那波和宏，瀧川仁，M. Jeong，S. Kr mer，M. Horvati，C. Berthier，石川孟，山浦淳一，吉田紘行，岡本佳比古，広井善二
単結晶volborthiteの強磁場NMR II
日本物理学会2014年秋季大会、中部大学、愛知県、9月、2014. - 5. 岡部博孝，宮崎正範，平石雅俊，山内一宏，竹下聡史，幸田章宏，小嶋健児，門野良典，
吉田紘行，宮川仁，松下能孝
β’-LiCoPO₄の磁気物性
日本物理学会2014年秋季大会、中部大学、愛知県、9月、2014. - 6. 肖英紀，長尾全寛，吉田紘行，長井拓郎，枝川圭一，齋藤嘉一，原徹，山崎淳司，木本浩司
FeGe系B20型化合物中のスキルミオン形成における元素置換効果
日本物理学会2014年秋季大会、中部大学、愛知県、9月、2014. - 7. 渡辺健太，土屋 聡，戸田泰則，板垣征一朗，黒澤 徹，小田 研
Bi₂Sr₂CaCu₂O_(8+δ)のノード・アンチノード対称性にもとづく光誘起準粒子ダイナミックスの選択的観測
第75回応用物理学会秋季学術講演会、北海道大学、9月、2014. - 8. S. Baar, M. Shimizu, Y. Moriya, R. Harada, N. Momono, H. Takano, T. Kurosawa, M. Oda, M. Ido
STM/STS studies on Pseudogap and Superconducting properties of overdoped Bi2212
日本物理学会第69回年次大会、神奈川県平塚市、東海大学、3月、2014. - 9. 清水茉椰、鈴木順也、桃野直樹、雨海有佑、髙野英明、村山茂幸、黒澤徹、小田研、伊土政幸
Fe-doped Bi₂Sr₂₋xLaxCuO_(6+y)の擬ギャップと超伝導
日本物理学会2014年秋季大会、中部大学、愛知県、9月、2014. - 10. 原田諒佑、鈴木順也、曽田純平、S. Baar、桃野直樹、雨海有佑、髙野英明、村山茂幸、黒澤徹、小田研、伊土政幸
STM/STSから見たBi₂Sr₂₋xLaxCuO_(8+y)における不純物効果
日本物理学会2014年秋季大会、中部大学、愛知県、9月、2014.
Administrative Organization of International Conferences or Symposia
Not Applicable
Research Works Abroad
Not Applicable
Grant-in-Aid for Scientific Research
- 1. 吉田紘行
科学技術人材育成費補助金 テニュアトラック普及・定着事業 スタートアップ助成金 5,000千円 - 2. 吉田紘行
H26年度 北海道大学総長室事業推進経費、若手研究者自立支援A 600千円 - 3．小池和幸
文部科学省 概算要求「自然免疫のナノ領域」 研究分担37,000千円(2011年4月1日～2016年3月31日)
Others
＜国際会議の組織委員等＞
1. 小田 研
10th International Conference on New Theories, Discoveries, and Applications of Superconductors and Related Materials (Chongqing, China, October, 2014)におけるインターナショナル・アドバイザー
＜社会貢献＞
1. 小田 研
研究実習(札幌西高等学校スーパーサイエンスハイスクール、H26.5～H27.1)
2. 黒沢 徹
大学研修(札幌啓成高等学校スーパーサイエンスハイスクール、H26.9)
3. 黒澤 徹、小田 研
大学研修(旭川西高等学校スーパーサイエンスハイスクール、H26.12)
4. 小田 研
出前授業(立命館慶祥高等学校スーパーサイエンスハイスクール、H26.10)
5. 小田 研
大学紹介・出前授業(苫小牧東高校、H26.12)
6. 小田 研
旭川西高校スーパーサイエンスハイスクール・運営指導委員会委員
7. 小田 研
平成２６年度スーパーサイエンスハイスクール生徒研究発表会委員
8．松山秀生 日本物理学会北海道支部代議員
Achievements from April, 2013 to March, 2014
Publications
Original Papers
- 1. Impact of pseudogap on photoinduced superconducting phase transition in underdoped Bi2212
Y. Toda, T. Mertelj, P. Kusar, T. Kurosawa, M. Oda, M. Ido and D. Mihailovic,
PHYSICA C-SUPERCONDUCTIVITY AND ITS APPLICATIONS, 493 112-113 (2013). - 2. Glassy low-energy spin fluctuations and anisotropy gap in La1.88Sr0.12CuO4
A. T. Romer, J. Chang, N. B. Christensen, B. M. Andersen, K. Lefmann, L. Mahler, J. Gavilano, R. Gilardi, Ch. Niedermayer and H. M. Ronnow.
Phys. Rev. B 85 144513 (2013). - 3. Charge Stripe Structure in Fe1+xTe by STM
Y. Kawashima, K. Ichimura, J. Ishioka, T. Kurosawa, M. Oda, K. Yamaya and S. Tanda
Solid State Communications, 167 10-13 (2013). - 4. Discovery of Chiral CDW in 1T-VSe2
Y. Sugawara, J. Ishioka, Y.Toda, M. Oda, T. Kurosawa, T. Matsuura, K. Ichimura and S. Tanda
Topologica in press. - 5. Strain-Induced Enhancement of the Electron Energy Relaxation in Strongly Correlated Superconductors
C. Gadermaier, V. V. Kabanov, A. S. Alexandrov, L. Stojchevska, T. Mertelj, C. Manzoni, G. Cerullo, N. D. Zhigadlo, J. Karpinski, Y. Q. Cai, X. Yao, Y. Toda, M. Oda, S. Sugai, and D. Mihailovic
Phys. Rev. B, in press. - 6. Direct observation and dynamics of spontaneous skyrmion-like magnetic domains in a ferromagnet
M. Nagao, Y. So, H. Yoshida, M. Isobe, T. Hara, K. Ishizuka, and K. Kimoto
Nature Nanotechnology, 8 325 (2013). - 7. Magnetic structure of the metallic triangular antiferromagnet Ag2NiO2
H. Nozaki, M. Månsson, B. Roessli, V. Pomjakushin, K. Kamazawa, Y. Ikedo, H. E. Fischer, T. C. Hansen, H. Yoshida, Z. Hiroi and J. Sugiyama
Journal of Physics: Condensed Matter, 25 286005 (2013). - 8. Partially disordered spin structure in Ag2CrO2 studied with μ+SR
J. Sugiyama, H. Nozaki, K. Miwa, H. Yoshida, M. Isobe, K. Prša, A.Amato, D. Andreica and M. Månsson
Phys. Rev. B 88 184417 (2013). - 1. K. Koike,
"Spin-polarized scanning electron microscopy"
Microscopy 62, 177 (2013) - 2. T. Niizeki, Y. Utsumi, R. Aoyama, H. Yanagihara, J. Inoue, Y. Yamasaki, H. Nakao, K. Koike, and E. Kita
"Extraordinarily large perpendicular magnetic anisotropy in epitaxially strained cobalt-ferrite CoxFe₃₂xO4(001) (x50.75, 1.0) thin films"
Appl Phys Lett 103, 162407 (2013)
著書
- １．小池和幸
「スピンＳＥＭ法」
薄膜の評価技術ハンドブック，テクノシステムズ (2013)
Academic Conferences (International Conferences, International Symposia
Invited Lectures (Oral Presentaions)
- 1. T. Kurosawa, N. Momono, M. Oda and M. Ido
STM/STS studies on antinodal pseudogap, electronic charge order and nodal superconducting gap in high-Tc cuprates
Quantum in Complex Matter: Superconductivity, Magnetism and Ferroelectricity (Superstripes2013), Ischia, Italy, May, 2013. - 2. M. Oda, T. Kurosawa, Y. Toda, N. Momono and M. Ido
STM/STS studies on the Fermi surface dichotomy in high-Tc cuprates: role of pseudogap & electronic charge order in high-Tc cuprate superconductivity
International Conference on Study of Matter at Extreme Conditions (SMEC2013)：Inhomogeneous Superconductors and Related Functional Materials, Miami USA, March, 2013. - 3. Y. Toda, F. Kawanokami, T. Kurosawa, M. Oda, M. Ido, T. Mertelj, P. Kusar, and D. Mihailovic
Role of pseudogap in the photoinduced superconducting phase transition of underdoped Bi2212
International Conference on Study of Matter at Extreme Conditions (SMEC2013)：Inhomogeneous Superconductors and Related Functional Materials, Miami USA, March, 2013. - １．*H. Matsuyama,
" Spin-polarized scanning tunneling microscopy operating in modulating tip magnetization mode"
Collaborative Conference on Materials Research (CCMR2013), 2013.6.25 Jedu, Korea
Lectures (Oral Presentations)
- 1. Y. Sugawara, J. Ishioka, Y.Toda, M. Oda, T. Kurosawa, T. Matsuura, K. Ichimura and S. Tanda
Discovery of Chiral CDW in 1T-VSe2
International Workshop on Phase Transition, Critical Phenomena and Related Topics in Complex Network, Sapporo Japan, September, 2013.
Academic Conferences (Internal Conferences, Internal Symposia)
Lectures (Oral Presentations)
- 1. 中川安徳，黒澤徹，桃野直樹，小田研，伊土政幸
STM/STSから見た銅酸化物高温超伝導体Bi2212の電荷秩序とエネルギーギャップ
日本物理学会 ２０１３年秋季大会(徳島大学) - 2. 吉川一真，黒沢徹，桃野直樹，小田研，伊土政幸
STM/STSから見たEu-Bi2201の2次元電荷秩序とギャップ構造
日本物理学会 ２０１３年秋季大会(徳島大学) - 3. 川之上史篤，戸田泰則，板垣征一朗，黒澤徹，小田研，伊土政幸
OD-Bi2212の光誘起超伝導相転移における準粒子ダイナミクス
日本物理学会 ２０１３年秋季大会(徳島大学) - 4. 阿部哲、北村友、田島健士、清水茉椰、桃野直樹、雨海有佑、村山茂幸、髙野英明、黒澤 徹、小田 研、伊土 政幸
La-Bi2201系銅酸化物における超伝導ギャップの場所依存性およびホール濃度依存性
日本物理学会 ２０１３年秋季大会(徳島大学) - 5. 田島健士、阿部哲、北村友、原田諒佑、桃野直樹、雨海有佑、村山茂幸、髙野英明、黒澤徹、小田研、伊土政幸
Bi2212系とBi2201系銅酸化物のギャップ構造と超伝導
日本物理学会 ２０１３年秋季大会(徳島大学) - 6. 北村友、阿部哲、田島健士、守屋佑基、桃野直樹、雨海有佑、村山茂幸、髙野英明、黒澤徹、小田研、伊土政幸
銅酸化物高温超伝導体Bi2Sr2-xLnxCuO6+δ(Ln=La, Eu)のエネルギーギャップに対するSrサイト置換効果
日本物理学会 ２０１３年秋季大会(徳島大学) - 7. 吉田紘行、岡部博孝、松下能孝、磯部雅朗
空間反転対称性の破れた超伝導体Ag2Pd3Sの物性
日本物理学会 ２０１３年秋季大会(徳島大学) - 8. 吉田誠、那波和宏、瀧川仁、M. Jeong、S. Krmer、M. Horvati、C. Berthier、石川孟、山浦淳一、吉田紘行、岡本佳比古、広井善二
単結晶volborthiteの強磁場NMR
日本物理学会 ２０１３年秋季大会(徳島大学) - 9. 吉田誠、石川孟、山浦淳一、岡本佳比古、吉田紘行、那波和宏、瀧川仁、広井善二
NMRで見たvolborthiteの構造と磁性
日本物理学会 ２０１３年秋季大会(徳島大学) - 10. 岡部博孝、吉田紘行、磯部雅朗、松下能孝、佐藤晃、室町英治、秋光純
YbB2C2の単結晶育成と物性評価
日本物理学会 ２０１３年秋季大会(徳島大学) - 11. 杉山純、野崎洋、吉田紘行、磯部雅朗、M. Mnsson、C. K. Prsa、D. Andreica、A. Amato
金属伝導を示す三角格子反強磁性体Ag2CrO2の+SR
日本物理学会 ２０１３年秋季大会(徳島大学) - １．*景山 龍，佐藤 拓洋，本田 築，松山秀生，小池和幸，
“磁化変調方式スピン偏極STMによる記録媒体の磁区観察の試み”
第37回日本磁気学会年学術講演会(北大)，2013.9.5，講演番号：5pD-2
Administrative Organization of International Conferences or Symposia
・小田 研
International Workshop on Phase Transition, Critical Phenomena and Related Topics in Complex Network(Sapporo Japan, September, 2013)における組織委員
Research Works Abroad
＜海外留学＞
・柴田悠人(学部４年生)
スイス連邦工科大学へ留学(H23.9～H24.6)
Grant-in-Aid for Scientific Research
- 1. 吉田紘行
科学技術人材育成費補助金 テニュアトラック普及・定着事業 スタートアップ助成金 H２５年度：10,000千円 - 小池和幸
文部科学省 概算要求「自然免疫のナノ領域」 研究分担37,000千円
Others
＜報道関係＞
・吉田紘行
下記の学術論文に関するプレス発表
Direct observation and dynamics of spontaneous skyrmion-like magnetic domains in a ferromagnet
M. Nagao, Y. So, H. Yoshida, M. Isobe, T. Hara, K. Ishizuka and K. Kimoto
Nature Nanotechnology, 8 325 (2013).
マイナビニュース(http://www.excite.co.jp/News/it_biz/20130501/Cobs_ie_201305_nims-27.html, 2013年5月1日)
科学新聞(2013年5月24日)
＜社会貢献＞
1. 黒澤 徹、小田 研
研究実習(札幌西高等学校スーパーサイエンスハイスクール、H24.5～H25.1)
2. 黒沢 徹
大学研修(札幌啓成高等学校スーパーサイエンスハイスクール、H24.9)
3. 黒澤 徹
大学研修(釧路湖陵高等学校KCS、H24.7)
4. 黒澤 徹、小田 研
大学研修(旭川西高等学校スーパーサイエンスハイスクール、H24.12)
5. 小田 研
出前授業(立命館慶祥高等学校スーパーサイエンスハイスクール、H24.7)
6. 小田 研
大学紹介・出前授業(苫小牧東高校、H24.12)
7. 小田 研
旭川西高校スーパーサイエンスハイスクール・運営指導委員会委員
平成２５年度スーパーサイエンスハイスクール生徒研究発表会・講評委員
8．松山秀生
日本物理学会北海道支部代議員
Achievements from April, 2012 to March, 2013
Publications
Original Papers
- 1. Ni-impurity effects on the superconducting gap of La₂₋xSrxCuO₄ studied from the magnetic field and temperature dependence of the electronic specific heat
T. Kurosawa, N. Momono, M. Oda, and M. Ido
Phys. Rev. B 85 1345221 (2012). - 2. Spin density wave induced disordering of the vortex lattice in superconducting La₂₋xSrxCuO₄
J. Chang, J. S. White, M. Laver, C. J. Bowell, S. P. Brown, A. T. Holmes, L. Maechler, S. Streassle, R. Gilardi, S. Gerber, T. Kurosawa, N. Momono, M. Oda, M. Ido, O. J. Lipscombe, S. M. Hayden, C. D. Dewhurst, R. Vavrin, J. Gavilano, J. Kohlbrecher, E. M. Forgan, and J. Mesot
Phys. Rev. B 85 1345201 (2012). - 3. Impact of pseudogap on photoinduced superconducting phase transition in underdoped Bi2212
Y. Toda, T. Mertelj, P. Kusar, T. Kurosawa, M. Oda, M. Ido, D. Mihailovic
Physica C: Superconductivity and its applications, in press. - 4. Reply to “Comment on ‘Charge-parity symmetry observed through Friedel oscillations in chiral charge-density waves’”
J. Ishioka, T. Fujii, K. Katono, K. Ichimura, T. Kurosawa, M. Oda, and S. Tanda
Phys. Rev. B 86 247102 (2012). - 5. Charge stripe structure in FeTe
Y. Kawashima, K. Ichimura, J. Ishioka, T. Kurosawa, M. Oda, K. Yamaya, and S. Tanda
Physica B 407 1796 (2012). - 6. Glassy low-energy spin fluctuations and anisotropy gap in La₁.₈₈Sr₀.₁₂CuO₄
A. T. Rømer, J. Chang, N. B. Christensen, K. Lefmann, L. Mahler, J. Gavilano, R. Gilardi, Ch. Niedermayer, H. M. Rønnow, A. Schneidewind, P. Link, M. Oda, M. Ido, N. Momono, and J. Mesot
Phys. Rev. B87, in press.
Academic Conferences (International Conferences, International Symposia
Invited Lectures (Oral Presentaions)
- 1. T. Kurosawa, N. Momono, M. Oda, and M. Ido
Study on Ni-impurity effects on the superconducting gap ofLa₂₋xSrxCuO₄ by electronic specific heat measurements
International Conference on Phase Separation and Superstripes in High Temperature Superconductors and Related Materials (Superstripes 2012), Erice, Italy, July, 2012. - 2. N. Momono, N. Saikai, T. Kurosawa, Y. Amakai, S. Murayama, H. Takano, M. Oda, M. Ido
Nodal superconducting gap of Bi₂Sr₂₋xLnxCuO_(6+δ) (Ln=La, Eu) investigated by electronic specific heat measurements
Ninth International Conference on New Theories, Discoveries and Applications of Superconductors and Related Materials (New3SC-9), Frascati-Rome, Italy, September 2012. - 3. Y. Toda, T. Mertelj, P. Kusar, T. Kurosawa, M. Oda, M. Ido, D. Mihailovic
Impact of pseudogap on photoinduced superconducting phase transition in underdoped Bi2212
9th International Conference on New Theories, Discoveries and Applications of Superconductors and Related Materials (New3SC-9), Frascati-Rome, Italy, September 2012.
Lectures (Oral Presentations)
- 1. N. Momono, N. Saikai, T. Kurosawa, Y. Amakai, S. Murayama, H. Takano, M. Oda, M. Ido
Nodal superconducting gap of Bi2201 investigated by low temperature specific heat measurements
The 19th International Conference on Magnetism (ICM2012) Busan, Korea, July 2012. - 2. Y. Toda, T. Mertelj, P. Kusar, T. Kurosawa, M. Oda, M. Ido, D. Mihailovic
A study of pseudogap in UD-Bi2212 using ultrafast optical spectroscopy
International Workshop on Spintronic Nano-Materials, Sapporo, Japan, November 2012. - 1)*D. Nara, T. Nakamura, A. Nakamoto, R. Kageyama, E. Srinivasan, K. Koike, and H. Matsuyama,
" A new type of spin-polarized scanning tunneling microscopy for observing an in-plane magnetization component with high resolution",
International Conference on Magnetism (ICM2012), 2012.6.8-13, Busan, Korea
Academic Conferences (Internal Conferences, Internal Symposia)
Invited Lectures (Oral Presentaions)
- 1. 小田 研, 黒澤 徹，桃野直樹，戸田泰則，伊土政幸
STM/STSから見た銅酸化物高温超伝導体の擬ギャップ/電荷秩序と超伝導
科研費新学術研究領域「超低速ミューオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア」
第2回領域会議, 北海道大学, ２０１２年８月
Lectures (Oral Presentations)
- 1. 山路潤，八田曉，宮崎弘，黒澤徹，桃野直樹，小田研，伊土政幸
STM/STSから見たBi系超伝導体の電荷秩序とストライプ
日本物理学会 ２０１２年秋季大会 (横浜国立大学) - 2. 戸田泰則，T. Mertelj，P. Kusar，黒澤徹，小田研，伊土政幸，D. Mihailovic
UD-Bi2212の光誘起超伝導相転移における準粒子ダイナミクス
日本物理学会 第６７回年次大会 (関西学院大学) - 3. 北村友、阿部哲、田島健士、桃野直樹、雨海有佑、高野英明、村山茂幸、黒澤徹、小田研、伊土政幸
STM/STSから見た銅酸化物高温超伝導体Bi₂Sr₁.₆La₀.₄CuO_(6+δ)のエネルギーギャップと超伝導
第48回応用物理学会北海道支部学術講演会 - 1)*景山 龍，奈良 大地，佐藤 拓洋，本田 築，松山秀生，小池和幸
“磁化変調方式SP-STMよる凹凸表面をもつ多結晶磁性薄膜の磁区観察”，
日本物理学会2012年秋季大会(横国大)，2012.9.18-21，講演番号：18aFN-5
Lectures (Poster Presentations)
- 1)*本田 築，奈良 大地，景山 龍，佐藤 拓洋，小池和幸，松山秀生
“磁化の2成分検出可能な磁化変調方式SP-STM用磁性探針の開発”，日本物理学会2012年秋季大会(横国大)，2012.9.18-21，講演番号：20pPSA-62
Administrative Organization of International Conferences or Symposia
小田 研
第９回New3SC国際会議(9th International Conference on New Theories, Discoveries and Applications of Superconductors and Related Materials, ２０１２年９月ローマで開催)のInternational Advisor
Research Works Abroad
＜海外留学＞
・柴田悠人(学部４年生)
スイス連邦工科大学へ留学(H23.9～H24.6)
Grant-in-Aid for Scientific Research
- 1. 伊土政幸、小田 研、桃野直樹：
種目：基盤研究(Ｂ)(一般)
課題名：STM・STSから見たBi系銅酸化物超伝導体の電荷秩序と２種類の擬ギャップ構造
期間：2010～2012年度
金額(2011年度分)：1,900千円 (総額14,700千円) - 2. 小田 研、伊土政幸、戸田泰則
種目：基盤研究(C)(一般)
課題名：走査トンネル顕微鏡による銅酸化物高温超伝導体の磁場誘起電荷秩序に関する研究
期間：2010～2012年度
金額(2011年度分)：500千円 (総額4,100千円)
Others
＜社会貢献＞
1. 伊土政幸、黒澤 徹、小田 研
研究実習の受入れ(札幌西高等学校スーパーサイエンスハイスクール、H23.5～H24.1)
2. 伊土政幸
公開講座(札幌開成高校、H23.8)
3. 小田 研
旭川西高校スーパーサイエンスハイスクール・運営指導委員会委員
4. 黒澤 徹、小田 研
研究実習の受入れ(旭川西高等学校スーパーサイエンスハイスクール、H23.12)
5. 黒澤 徹
大学紹介・出前授業(苫小牧東高校、H23.12)
6. 小田 研
出前授業(札幌開成高校、H23.9)
Achievements from April, 2011 to March, 2012
Publications
Original Papers
- 1. Charge-parity symmetry observed through Friedel oscillations in chiral charge-density waves
J. Ishioka, T. Fujii, K. Katono, K. Ichimura, T. Kurosawa, M. Oda, and S. Tanda
PHYSICAL REVIEW B 84, 245125 (2011). - 2. Quasiparticle relaxation dynamics in underdoped Bi₂Sr₂CaCu₂O_(8+δ) by two-color pump-probe spectroscopy
Y. Toda, T. Mertelj, P. Kusar, T. Kurosawa, M. Oda, M. Ido, and D. Mihailovic
PHYSICAL REVIEW B 84, 174516 (2011).
Academic Conferences (International Conferences, International Symposia
Invited Lectures (Oral Presentaions)
- 1. M. Oda, T. Kurosawa, Y. Kitajima, N. Momono, Y. Toda and M. Ido,
Competition between inhomogeneous antinodal-pseudogap and homogeneous nodal-SC-gap in high-Tc cuprates: STM/STS studies on dichotomy of the Fermi surface,
SMEC2011 Int. Conference, Miami, March 27 ~ April 2, 2011. - 2. M. Oda, T. Kurosawa, N. Momono and M. Ido
STM/STS studies on the pseudogap, electronic charge order and superconductivity of high-Tc cuprate Bi₂Sr₂CaCu₂O_(8+δ)
STPIPES2010, July 2010, Erice, Italy.
Lectures (Oral Presentations)
- 1. T. Kurosawa, Y. Kitajima, N. Momono, M. Oda, and M. Ido
STM/STS study for the electronic charge order, large-pseudogap, and SC gap in Bi-based high-Tc cuprates
SMEC 2011 Conference, Mar. 27- Apr. 2, 2011, Miami, USA.
Academic Conferences (Internal Conferences, Internal Symposia)
Lectures (Oral Presentations)
- 1. 宮崎弘、山路潤、山上佳丈、黒澤徹、桃野直樹、小田研、伊土政幸
STM/STSから見たBi系超伝導体における電荷秩序と実効的超伝導ギャップ
日本物理学会 2011年9月21日～24日 (富山大学) - 2. 八田曉、竹内卓総、山路潤、黒澤徹、桃野直樹、小田研、伊土政幸
STM/STSから見たBi-La-2201の電荷秩序とギャップ構造のホール濃度依存性
日本物理学会 2011年9月21日～24日 (富山大学) - 1)中村拓也，中元敦彦，奈良大地，景山 龍，松山秀生，小池和幸
“磁化変調法によるスピン偏極STMの開発”，日本物理学会2011年秋季大会
- 2)中元敦彦，中村拓也，景山 龍，奈良大地，松山秀生，小池和幸，
“磁気記録ヘッドを利用したスピン偏極STM用磁化変調探針の開発”，日本物理学会2011年秋季大会
- 3)奈良大地，佐藤 亨，本田 築，松山秀生
“磁化3成分の定量観察可能なKerr顕微鏡の開発(Poster)”，
日本物理学会2011年秋季大会
Administrative Organization of International Conferences or Symposia
Not Applicable
Research Works Abroad
Not Applicable
Grant-in-Aid for Scientific Research
- 1. 伊土政幸、小田 研、桃野直樹：
種目：基盤研究(Ｂ)(一般)
課題名：STM・STSから見たBi系銅酸化物超伝導体の電荷秩序と２種類の擬ギャップ構造
期間：2010～2012年度
金額(2011年度分)：3,800千円 (総額14,700千円) - 2. 小田 研、伊土政幸、戸田泰則
種目：基盤研究(C)(一般)
課題名：走査トンネル顕微鏡による銅酸化物高温超伝導体の磁場誘起電荷秩序に関する研究
期間：2010～2012年度
金額(2011年度分)：800千円 (総額4,100千円) - 3. 黒澤 徹
種目：平成23年度総長室事業推進経費(若手研究者自立支援)
課題名：角度分解光電子分光を用いた高温超伝導体の電子構造の研究
期間：2011年度
金額(2011年度分)：800千円 (総額800千円)
- 松山秀生
科学研究費補助金 基盤研究(B) 代表 1,300千円
「磁化回転変調法による走査トンネル磁気抵抗効果顕微鏡の開発」
Others
Not Applicable
Annual Reports
Research Results from April, 2016 to March, 2017
Under Construction
2015年度(高圧物理学研究室)
研究成果
私達のグループでは、銅酸化物等における高温超伝導や種々の３ｄ遷移金属化合物における新奇な磁性に関する知見を得ることを目的として、幾つかの研究機関・グループと共同で以下に記す研究を行っている。
- 銅酸化物高温超伝導体Bi₂Sr₂CaCu₂O_(8+δ)(Bi2212)とBi₂Sr₂CuO(6+δ)(Bi2201)における走査トンネル顕微鏡(STM)を用いたトンネル分光(STS)実験(室蘭工業大学、旭川医科大学との共同研究)
- 鉄系超伝導体SmFeAsO₁₋xFxにおけるSTM/STS実験(本学工学研究院応用物理学部門・トポロジー工学研究室等との共同研究)
- 銅酸化物高温超伝導体La₂₋xSrxCuO₄(La214)における中性子散乱実験および角度分解光電子分光(ARPES)実験(スイス連邦工科大学ポールシェラー研究所等との共同研究)
- Bi2212におけるポンプ・プローブ分光実験(本学工学研究院応用物理学部門・戸田研究室およびスロベニア・ヨゼフステファン研究所ミハイロヴィチ・グループとの共同研究)
- カゴメ格子反強磁性体CaCu₃(OH)₆Cl₂・0.6H₂O及びLi₂Cr₃SbO₈、三角格子反強磁性体β’-LiCoPO₄の磁性に関する研究(大阪大学先端強磁場科学研究センター・萩原研究室等との共同研究)
以下では、銅酸化物高温超伝導体のSTM/STSに関する研究(1)の中からBi2212の電子状態に対するNi不純物の効果について調べた結果を報告し、 また、カゴメ格子反強磁性体および三角格子反強磁性体に関する研究(5)で得られた結果の概略を記す。
１ STM/STSによるBi2212の電子状態に対するNi不純物効果に関する研究
銅酸化物における高温超伝導に対する異常な不純物効果や擬ギャップ・電荷秩序の起源に関する知見を得ることを目的として、 Bi2212のCuサイトに少量の磁性不純物Niを添加した系の電子状態をSTM/STSにより詳しく調べている。今年度は以下の成果が得られた。 1)STM/STSによるNi周囲の準粒子束縛状態の観測から、Cu-O面内に取込まれるNi不純物の量が正確に見積もられた。 この結果から、実際のNi濃度は初期原料における値の約50%程度であることが明らかとなった。また、超伝導転移温度TcのNi濃度依存性を正確に決定することができた。 2)低Ni濃度(~0.5%)における準粒子束縛状態は先行研究の結果と合致するものであり、電子的なものはNiサイトと第２近接Cuサイト方向(Cu-O結合方向から45°傾いた方向)に広がるのに対し、 ホール的なものは最近接方向に広がることが確認された。一方、高Ni濃度(~2.2%)における束縛状態は、電子的な準粒子に関してのみ存在し、Niサイト上にほぼ局在するなど、 その特徴は低濃度とは大きく異なることが明らかとなった。 3)STS測定から、超伝導ギャップの大きさはNi濃度に依らずほぼ一定であるのに対し、準粒子の寿命は、Ni濃度の増加と共に散乱が強まると、急激に短くなることが明らかとなった。 このことは、準粒子束縛状態がNi濃度によって大きく異なること(上記２)の起源を解明するための手がかりになると考えている。 以上のように、今年度の研究では、Ni不純物原子の周囲における準粒子束縛状態および、高温超伝導に対するNi不純物効果を理解する上で非常に興味深い知見が得られた。
２ カゴメ格子反強磁性体カルシウムカペラサイトCaCu₃(OH)₆Cl₂・0.6H₂O及びLi₂Cr₃SbO₈、 三角格子反強磁性体’-LiCoPO4の磁性に関する研究
理想的なカゴメ格子反強磁性体CaCu₃(OH)₆Cl₂・0.6H₂O及びLi₂Cr₃SbO₈、また時間依存磁気秩序を示す三角格子反強磁性体β'-LiCoPO₄に対して、磁性の解明を目指して研究を行った。 カルシウムカペラサイトCaCu₃(OH)₆Cl₂・0.6H₂Oは S = 1/2カゴメ格子反強磁性体の理想的なモデル物質である。本年度は水熱合成法を応用する事で、本物質の単結晶育成に成功した。 単結晶における精密比熱測定から、本物質は絶縁体であるにも関わらず6 mJ/CumolK²もの温度比例項が存在する事を明らかにした。 この事は、本物質の基底状態がギャップレスのスピン液体で、スピノンと考えられる磁気励起が存在する事を示唆している。 S = 3/2カゴメ格子反強磁性体の理想的なモデル物質であるLi₂Cr₃SbO₈の強磁場磁化測定を大阪大学先端強磁場科学研究センター萩原研究室との共同研究として行った。 53 Tまでの磁化過程測定を行い、これまでに観測された事の無い1/9磁化プラトーの観測に世界で初めて成功した。 β'-LiCoPO₄はCoの一次元鎖が三角格子を形成する三角格子反強磁性体である。2014年度に行ったμSR、中性子回折実験から、 10時間程度の時間をかけて磁気秩序が発達する長時間依存磁気秩序の発見に成功していた。本年度は大阪大学先端強磁場科学研究センター萩原研究室との共同研究で、 53 Tまでの強磁場磁化測定を行い、磁場誘起一次相転移、1/3プラトーなど多彩な磁気転移を示す事を見出した。 以上のモデル物質の開拓・物性評価により、スピン液体、磁化プラトー、スピンダイナミクスを明らかにすることで、フラストレート磁性体の特異な磁性についての多くの知見を得る事に成功した。
2015年度(強相関電子磁性Ⅱ研究室)
１ スピン偏極走査トンネル顕微鏡(SP-STM)によるW(110)上のFe超薄膜に関する研究
W(110)上のFe超薄膜等の磁性はバルクにはない特異な磁性を示す．Fe，Wは格子定数に大きな違いがあり，W(110)面のFeでは約9.4％のミスマッチがある． しかしW(110)は大きな表面エネルギー3.68 J/m2をもつためFeの1原子層(ML)は擬似整合で成膜する．この大きな歪も磁性に影響する． 1 ML，3 ML以上のFe薄膜の磁化は膜面内の[1-10］方向を向き，2 MLでは垂直方向の［110］方向を向く． また1.5～2.2 MLのFe薄膜のSP-STM観察により，各膜厚の試料の2 MLFe層は垂直方向を向いた磁化が高温で面内[1-10]方向を向くspin reorientation transitionが起こることを報告している． 一方マクロな磁化測定からFe1 MLのキュリー温度Tcは230 K，2 MLのTcは450 Kと報告されている． さらに、Korecki等はW(110)上の磁気的に孤立した2 MLFeアイランド(周りの1 MLFe膜は常磁性)の磁性を調べるため近年Nuclear Resonant Scattering (NRS)法で室温での実験を行った． NRSの手法は試料に対してすれすれ入射の放射光を使用し，各Fe層の磁化方向を測定する．この実験によると， 1.75 ML成膜した試料内の2 MLのFeアイランドでは磁化は垂直から20°以上傾いた方向を向いており，成膜した膜厚が増加すると傾き角も増加し， 2.2 ML成膜した試料内の2 MLのFeアイランドでは面内方向に向くという結果を報告した(NRSはナノメータの面内方向の空間分解能をもたない)． またいずれの試料でもごく少量の2 MLが垂直を向いたものが存在するとも報告している． この結果より，彼らは例えば1.75 ML膜厚の2 MLFeアイランドでは内部の磁化は面内に向き，周辺部では垂直に向いていると推定しているが，室温でのSP-STM観察例はいまだ報告されていない． そこで、Fe(2 ML)/W(110)のSRT温度以上，特に室温での磁化分布がどのようになっているかを決定することを試みた． W(110)基板は酸素雰囲気中アニール (基板温度約1000℃)と超高真空中におけるフラッシング(基板温度2000℃以上)を繰り返すことで清浄化した． その後400℃でFeを1.2 ML成膜した．磁性探針はWiesendangerのグループが開発した手法と同様にW探針の先端をEB加熱で1μm程度に丸めたものに磁性膜を成膜することで作製した． 83 Kの温度で面内方向に感度をもつ磁性探針で凹凸像とスピン像を観察した．幅10 nm程度の2 MLのFeストライプがタングステンのステップエッジ近傍に形成されており， そのスピン像には若干明暗のコントラストが生じていた．これはspin reorientation transitionが起こり，面内に磁化が回転したために面内成分が生じたことで， 面内のスピンコントラストが生じたと考えられる．現在室温でのスピン像観察行っているがまだ観察には成功していない．
２ スピン偏極走査トンネル顕微鏡(SP-STM)用2成分検出磁性探針の開発
スピン偏極走査トンネル顕微鏡(SP-STM)は磁性体表面のスピン分布をサブナノメータの分解能で観察できる磁区観察装置であり、それを使用し多くの興味深い磁性が報告がされている。 そこではタングステン探針に磁性薄膜を成膜した磁性探針がプローブとして使用されているが，通常試料面内の一成分，あるいは面直の一成分が検出方向となる． しかし，試料面内検出方向は探針作製時に決めることはできず，スピン像を取得して初めてその向きが分かる． その不都合を解決するため，ハンブルク大学のグループは約1.5 kOeの外部磁場を検出方向へ印加することで探針磁化をその方向に向け，検出方向の特定を行った． しかし，この大きな磁場は試料のスピン分布に影響を与える可能性があるので，反強磁性体のような磁場印加に対してスピン分布が変わらない試料を観察する必要があった． また磁場を取り去った残留磁化状態では探針磁化は回転するため，磁場は観察中も印加する必要があった．そこで我々は10 Oe程度の小さな磁場で探針磁化を面内方向で制御し， 任意の面内検出方向のスピン像を観察できる探針を開発することにした．また磁場をゼロにしたとき，探針磁化がその方向を変えない探針とし，観察時外部磁場をゼロにできることを目標とした． 探針磁化の異方性を小さくするため，石英ガラスビーズ(直径0.5 mm程度)をタングステン探針先端にし，軟磁性体であるパーマロイ薄膜をその上に成膜して磁性探針とした． 探針先端の磁性はレーザー光を利用したμMOKEでヒステリシスループを測定することで評価した．探針軸回りに探針軸と垂直な方向のヒステリシスループはほぼ同様の形状であり， 保磁力は約5 Oe，残留磁化はほぼ1に近いものとなった．また探針ホルダーにx，y成分用の2対の微小電磁石を組み込み，探針軸回りの任意の方向に±10 Oeの磁場を印加できるようにした． この電磁石で探針磁化のヒステリシスループをμMOKEで評価し，外部磁場のときと同様のヒステリシスを得ることができた．また約150 mAの電流で磁化を飽和することができることを確認した． この探針をSTMに取り付け，Auの凹凸像の観察を行い，ナノメートルの分解能に達していることを確認した．しかし，まだスピン像の観察までは行っておらず，これからの課題である．
2014年度(高圧物理学研究室)
私達のグループでは、銅酸化物における高温超伝導や種々の３ｄ遷移金属酸化物における新奇な磁性に関する知見を得ることを目的として、幾つかの研究機関・グループと共同で以下に記す研究を行っている。
- Bi₂Sr₂CaCu₂O_(8+δ)(Bi2212)とBi₂Sr₂CuO_(6+δ)(Bi2201)における走査トンネル顕微鏡(STM)を用いたトンネル分光(STS)実験(室蘭工業大学、旭川医科大学との共同研究)
- La₂₋xSrxCuO₄(La214)における中性子散乱実験および角度分解光電子分光(ARPES)実験(スイス連邦工科大学ポールシェラー研究所等との共同研究)
- Bi2212におけるポンプ・プローブ分光実験(本学工学研究院応用物理学部門・戸田研究室およびスロベニア・ヨゼフステファン研究所ミハイロヴィチ・グループとの共同研究)
- 新奇カゴメ格子反強磁性体の開発と磁性に関する研究
- 三角格子反強磁性体β’-LiCoPO₄の磁性に関する研究(吉田助教とKEKミュオングループとの共同研究)
１ STM/STSによるBi2212における超伝導ギャップの空間依存性に関する研究
Bi₂Sr₂CaCu₂O_(8+δ)(Bi2212)をはじめとするビスマス系銅酸化物高温超伝導体における興味深い特徴の一つとして、 b軸(Cu-O面内における原子間結合方向から45°傾いた方向)に沿って走る一次元超格子構造がある。 この一次元超格子に伴って、Cu-O面に対して垂直な方向のCuとO(CuO₅錐体の頂点に位置するO原子O_apical)間の結合長が変動し、 これによりCuスピン間の反強磁性相互作用の強さJにも周期的な変動がもたらされると考えられている。 一次元超格子の周期(約26 Å)は超伝導のコヒーレンス長と同程度であるため、その局所的な性質に影響を与える可能性がある。 今年度の研究では、このような一次元超格子が高温超伝導に与える効果を明らかにするために、 Bi2212単結晶(Tc = 90 K ~この系の最高のTc；オプティマル付近のホール濃度)の劈開面で低温(T = 8 K)においてSTM/STS実験を行い、その超伝導ギャップの空間依存性を詳しく調べた。 Bi2212の劈開面におけるSTM/STS実験では、多くの場合にエネルギー・サイズの異なる２種類のギャップから成る構造(two-gap構造)を示すスペクトルが観測される。 その一方は空間的にほぼ均一なｄ波の超伝導ギャップである。もう一方はナノメータ・スケールで空間的に不均一な“大きな擬ギャップ”と呼ばれるものであり、 その大きさはｄ波ギャップの振幅Δ₀からΔ₀の数倍までの広いエネルギー範囲で空間的に変動する。このようなtwo-gap構造を示すスペクトルでは、 擬ギャップの内側(擬ギャップ内の残留スペクトル)に開く超伝導ギャップは不明瞭となるため、その大きさは正確には決められない。 また、Bi2212の劈開面の中で空間的に不均一な大きな擬ギャップを伴うものは、チェッカーボード様の電荷秩序が観測される。 一方、Bi2212の劈開面では、すべての測定位置でｄ波的な単一ギャップ構造(single-gap構造)とコンシステントなスペクトルを示すもの(領域)も存在し、 そのような場合には電荷秩序は観測されない(非常に弱い)。今年度の 研究では、ｄ波的single-gap(超伝導ギャップ)構造のスペクトルをSTSにより精密に測定することで、 超伝導ギャップの空間依存性を正確に決めることができた。その結果、超伝導ギャップのフェルミ面に沿う分散曲線の形状は場所に依存しない均一なものとなり、 その振幅Δ₀(r)がCuスピン間の反強磁性相互作用の変調をもたらすと考えられているb軸方向の一次元超格子と同じ周期で空間的に変動(振幅：平均値の約5％)することが明らかとなった。 このことは、銅酸化物高温超伝導体におけるペアリングの機構にCuスピン間の反強磁性的な相互作用が関わっている可能性を示唆する結果と思われる。
２ 新奇カゴメ格子反強磁性体の開発と磁性の解明
カゴメ格子反強磁性体では強いフラストレーションと量子揺らぎにより量子スピン液体状態に代表される非自明な基底状態が実現すると期待されている。 我々はカゴメ格子反強磁性体を対象とした物質探索を行い、S = 1/2のCa-Kapellasite及びS = 3/2のクロムアンチモナイトの二つの新物質の開発に成功した。 磁化測定を行った結果、Ca-Kapellasiteでは8 Kにおいて僅かなキンクが観測された。これは低温で何らかの磁気秩序が形成された事を示唆している。 一方、クロムアンチモナイトでは30 Kと7 Kにおいて逐次磁気転移が生じる事を見出した。 この逐次転移の特徴的な点は、30 Kの異常が二次転移であるのに対し、7 Kの異常はクロスオーバーと考えられる点であり、基底状態が揺らぎの強い状態である事を示唆する結果である。
３ 三角格子反強磁性体β’-LiCoPO₄の磁性に関する研究
我々はKEKミュオングループとの共同研究により、新物質β’-LiCoPO₄の発見に成功し、その物性の解明に取り組んできた。 本物質はCoO₆八面体が擬一次元鎖を形成し、一次元鎖が三角格子状に配列したフラストレート磁性体である。β’-LiCoPO₄は零磁場下TN₁ = 16.3 KとTN₂ = 10.3 Kで逐次磁気相転移を示し、 また磁場下においても磁気相転移を示す。これまで最低温度2 K、最大9 Tまでの磁化・比熱測定により温度磁場相図中に少なくとも4相の磁気相が存在する事を見出した。各相の磁気構造を決定するため、 J-PARC、物質・生命科学実験施設(MLF)、BL08において超高分解能粉末中性子回折装置SuperHRPDを用いた中性子回折実験を行った。本年度は零磁場下における実験・磁気構造解析を行うことで、 中間相(TN₂ < T < TN₁)ではincommensurateな磁気構造が低温相(T < TN₂)ではcommensurateな磁気構造へと変化する事を明らかにした。 また、最低温(4 K)まで構造相転移は観測されないものの、磁化、比熱、中性子回折実験の結果はTN₂の磁気転移が一次相転移である事を示しており、 これは磁気的な要因による一次転移が実現している事を示唆している。今後、そのメカニズムを解明するためにより詳細な中性子回折実験やμSR実験を行う予定である。
2014年度(強相関電子磁性Ⅱ研究室)
１ スピン偏極走査トンネル顕微鏡によるW(110)上のFe超薄膜に関する研究
W(110)は表面エネルギーが3.68 J/m2と通常の金属と比べ大きいので、それら金属の超薄膜やナノワイヤを作製する上で理想的な基板となっている。
たとえばW(110)上のFe超薄膜の磁気異方性は1原子層(1 ML)、3 ML以上では面内にあるが、
2 MLでは垂直方向を向く特異性を発現すること等がスピン偏極走査トンネル顕微鏡(SP-STM)によって詳しく研究されてきた。
しかし、その表面清浄化には超高真空中で2000℃以上の高温を必要とするため、限られた研究機関で使われているのが現状である。
そこで、原子レベルで平坦な清浄W(110)面を得る技術を確立することを試みた。
また、1 MLのFeアイランドやFeナノワイヤーのスピン構造、磁気異方性等はFe超薄膜と同様に興味深い磁性が期待でき、特にW(110)上のナノワイヤーに関してはほとんど報告例がない。
そこで、Fe原子のアイランドやナノワイヤ等の作製技術を確立し、そのスピン像を取得することを試みた。
W(110)基板の清浄化の工程を以下に示す。
① W(110)基板中に含まれる不純物である炭素を取り除くための酸素雰囲気中におけるアニール (基板温度約1000℃)
② アニール時に形成される酸化タングステンを取り除くための超高真空中におけるフラッシング(基板温度2000℃以上)
W(110)の清浄化には2000℃以上の加熱が必要であるが、専用の電子衝撃加熱機構を開発し、加熱を可能とした(約40Wで基板温度2000℃に達することを確認)。
これにより、上記①と②をくり返し、W(110)の清浄化を進め、またW(110)表面をSTM観察することにより原子レベルで平坦であることを確認した。
その後、W(110)基板へのFe蒸着は蒸着速度0.7 ML/min、真空度5×10-9 Torr以下で行った。様々なFeナノ構造を作製するため、蒸着時の基板温度を約350℃から約450℃の間でコントロールした。
STM、SP-STM観察は83 K、10-11 Torr台の超高真空中で行った。
Fig. 1に得られたFeナノ構造の例を示す。(a)は基板温度を400℃に保ちつ0.95 MLのFeを蒸着し作製したFeナノアイランドの凹凸像、
(b)は基板温度を400℃に保ちつつ0.05 MLのFeを蒸着し作製したFeナノワイヤの凹凸像、(c)は基板温度を435℃に保ちつつ0.46 MLのFeを蒸着し作製したFeナノストライプの凹凸像である。
Fig. 1 Feナノ構造の凹凸像
Fig. 2に磁性探針を使用したときの高さ1 MLのFeナノワイヤの凹凸像(a)とdI/dU 像(スピン像)(b)を示す。(b)の左下の幅約5 nm×40 nmのナノワイヤに注目すると、
ノイズが大きいものの、ワイヤの右側と左側で異なったスピンコントラストが現れていることがわかる。このワイヤ内赤枠に示す領域のデータを平均化処理したラインプロファイルを(c)に示す。
ここから磁壁幅を求めると0.4±0.3 nmとなり、2 MLのFeストライプに挟まれた1 MLのFeストライプにおける磁壁幅0.6±0.2 nmよりも若干小さい値となった。
Fig. 2 W(110)上に成膜した1 MLのFeナノワイヤの凹凸像(a)とdI/dU像(b)、平均したラインプロファイル(c)
２ Cr(001)清浄表面作製技術の確立とスピン偏極走査トンネル顕微鏡によるCr(001)表面のスピン像観察
磁化変調方式スピン偏極走査トンネル顕微鏡(SP-STM)はスピン情報のみを抽出、検出方向が決められる等の優位性をもっていることからその開発を行なってきた。
また磁気ヘッド上に集束イオンビーム加工装置で磁性探針を形成することで実験を進めている。
これまでNiFe多結晶薄膜でスピン像を得ることに成功したが、探針、試料の清浄化等の問題も顕在化し、スピン信号が得られない頻度が多かった。
そこで今回SP-STMの標準試料として使用される層状反強磁性体Cr(001)を使用し、磁気ヘッドを利用した磁性探針の問題点を明らかにし、
またバイアス変調方式と磁化変調方式のそれぞれの優位性を明らかにすることを計画した。
これを実現するため、1)原子レベルで平坦な清浄なCr(001)面をくり返し得る技術を確立する、2)磁気ヘッド上の磁性探針を使用し、両方式でスピン像を取得し比較を行なうことを目的とした。
Cr 単結晶は高純度であってもその内部に炭素、酸素、窒素、硫黄等の不純物を多く含み、清浄表面を得るには数百時間以上におよぶ長時間の加熱スパッタによる不純物の除去を必要とする。
また加熱温度は約800℃までを必要とした。そのため、鏡面研磨したCr(001)単結晶をφ0.1 mmのWワイヤーのメッシュ(#30メッシュ)にスポット溶接で固定し、通電加熱で800℃以上の温度での加熱を可能とした。
清浄化は、1)800℃での加熱により脱ガス処理、と2)400℃から800℃まで段階的に温度を上げながらAr+スパッタリングとアニール処理を繰り返すことで行なった。
脱ガス処理後はCr表面に化合物が析出してしまったため、再鏡面研磨を行なった。
清浄化処理中はAuger電子分光装置で清浄度を確認しながら処理を行なったが、Auger装置が途中故障したため、最終的な清浄度と平坦性はSTM像とSTSデータで評価した。
Auger電子分光装置でCr(001)表面のCr濃度が80 %以上を確認し、さらにAr+スパッタリングとアニールを繰り返し行なった後のCr(001)表面の凹凸像をFig. 1 (a)に示す。(b)は黒線上のラインプロファイルである。
表面はテラスとステップで構成されており、ステップの高さはCr(001)の1原子層分に相当する約144 pmとなっている。そのため各テラスのスピンは強磁性的に整列しているが、
隣接テラス間のスピン方向は反強磁性的に配列している。(c)はSTSスペクトルであり、Hänkeらが報告している清浄なCr(001)のSTSスペクトル[5]と同様であり、
ピーク位置も25 meVと一致している。これより表面の清浄度は高いものと判断した。
Fig. 1は磁気ヘッド磁性探針を使用し、磁化変調方式で取得した(a)凹凸像、(b)スピン像、(c) (a)の黒線上のラインプロファイルである。広い領域でテラスが構成されており、
(c)のラインプロファイルをみるとステップの高さは奇数層も含まれているが、スピン像の各テラス間にはスピンコントラストは現れていない。
Fig. 1 (a) Cr(001)の凹凸像、(b) (a)の黒線上のライプロファイル、 (c) STSスペクトル
Fig. 2は磁気ヘッド磁性探針を用いバイアス変調方式で取得した(a)凹凸像、(b)スピン像、(c)黒枠内のスピン信号のラインプロファイル(縦方向に積算)である。
Fig. 2 (b)のスピン像に着目すると、真ん中のテラスのみが明るくなっていることがわかる。Fig. 2 (c)からそのスピン非対称性を計算すると26.7 %となった。
WiesendangerらがCrO2探針を用いて行なった実験ではCr(001)で20±10 %と報告している。本実験で得られた値はこれに比べ若干大きいが、誤差の範囲内である。
磁気ヘッド磁性探針の先端磁化をヘッド磁場で反転させて同様の観察を試みたが、Fig. 4と同様のスピンコントラストとなり、反転しなかった。
磁化変調方式でスピン像が得られなかったことも考慮すると、探針先端の磁化がヘッド磁場で反転できなかった可能性が高い。
探針先端が多磁区構造をとり先端付近の磁化が上手く反転しない領域が生じた結果ではないかと考えている。
Fig. 2 バイアス変調方式で取得した(a)凹凸像、(b)スピン像、(c) (b)の黒線ボックス内を積算したラインプロファイル
2013年度(高圧物理学研究室)
私達のグループでは、銅酸化物における高温超伝導の発現機構に関する知見を得ることを目的として、幾つかの研究機関・グループと共同で以下に記す1～3の実験を行い、 銅酸化物高温超伝導体の電子物性について詳しく調べている。今年度から吉田助教が新たなスタッフ(テニュアトラック教員)として加わり、 Ag₂CrO₂等の酸化物における強相関電子物性の研究を行った。 また、本学工学研究院トポロジー工学研究室と共同で擬２次元電子系物質Fe₁₊xTeおよび1T-VSe₂の電荷秩序に関する研究を行った。
- Bi₂Sr₂CaCu₂O_(8+δ)(Bi2212)とBi₂Sr₂CuO_(6+δ)(Bi2201)における走査トンネル顕微鏡(STM)を用いたトンネル分光(STS)実験(室蘭工業大学との共同研究)
- La₂₋xSrxCuO₄(La214)における中性子散乱実験および角度分解光電子分光(ARPES)実験(スイス連邦工科大学ポールシェラー研究所等との共同研究)
- Bi2212におけるポンプ・プローブ分光実験(本学工学研究院応用物理学部門・戸田研究室およびスロベニア・ヨゼフステファン研究所ミハイロヴィチ・グループとの共同研究)
- 古典三角格子反強磁性体Ag₂CrO₂の磁性に関する研究(吉田助教とNIMS、オークリッジ国立研究所、大阪大学極限量子科学研究センターとの共同研究)
- 擬２次元電子系物質Fe₁₊xTeおよび1T-VSe₂の電荷秩序に関するSTM/STS実験(本学工学研究院トポロジー工学研究室との共同研究)
１ STM/STSで見たBi2201系におけるCu-O面の電子状態に対する面間ディスオーダーの効果
銅酸化物高温超伝導体では、擬ギャップと呼ばれるギャップ様構造が超伝導転移温度Tcより高温からフェルミ面上のゾーン境界点(アンタイノード)を中心に発達する。 また、擬ギャップがナノメータのスケールで空間的に不均一となる試料では、超伝導を担うCu-O面に２次元的な電荷秩序が形成される。 これらは銅酸化物高温超伝導体に特有の現象であり、高温超伝導の発現機構との関係から大きな注目を集めている。 また、Bi₂Sr₂CuO_(6+δ)(Bi2201)のSr²⁺イオンを３価の希土類イオンで置換したBi₂Sr₂₋xRaxCuO_(6+δ)(Ln-Bi2201, Ln = La & Eu)系では、 La³⁺の方がSr²⁺に比べてイオン半径が小さいためにSr-O面(Cu-O面間)にディスオーダーが導入されるが、その程度は半径のより小さい希土類イオンでより大きくなことが知られている。 興味深いことに、面間ディスオーダーはCu-O面で起こる超伝導のTcを大きく抑制する(オプティマル・ホール濃度(p~0.17)のBi2201に30%のLaとEuを添加したLa-Bi2201とEu-Bi2201のTcは、それぞれ、35Kと20Kである)。 今年度の研究では、擬ギャップ・電荷秩序と超伝導との関係についての知見を得るために、Ln-Bi2201(Ln = La & Eu)系でSTM/STS実験を行い、 面間ディスオーダーがCu-O面における擬ギャップ、電荷秩序および超伝導に対して、どのような影響を与えるかを詳しく調べた。得られた結果を以下に記す。 １) La-Bi2201に比べて、面間ディスオーダーがより強いEu-Bi2201では、フェルミ面上のアンタイノード領域に形成される擬ギャップの大きさ(エネルギー・サイズ：Δ*)が２倍程度にまで大きくなり、 一方、ノード付近に形成される実行的超伝導ギャップの大きさΔscがTcの低下の割合と同程度にまで小さくなる。 また、アンタイノード付近での超伝導ギャップ(ペアリング・ギャップ)の大きさΔ₀は、面間ディスオーダーの強さに依らず、両者でほぼ一致する。 さらに、オプティマル(p~0.17)のEu-Bi2201におけるTcおよびΔ*、Δ₀、Δscは、それぞれLa-Bi2201におけるp~0.09での値と同程度である。 ARPES実験から、面間ディスオーダーは、擬ギャップが開くアンタイノード領域を拡大させ、実行的超伝導ギャップが開くノード領域を縮小させることが報告されている。 我々のSTM/STS実験で得られた各種ギャップの大きさに関する結果は、このようなARPESで指摘されたCu-O面の電子系に対する面間ディスオーダーの効果で定性的に説明できる。 ２) オプティマル(OP; p~0.17)のEu-Bi2201における電荷秩序の周期は、面間ディスオーダーの強さに依らず、同じホール濃度のLa-Bi2201とほぼ一致し、 Cu-O結合方向の格子定数aの~5倍(~5a×5a)であることが分かった。STM/STSとARPESの結果を併せると、OP-Eu-Bi2201の擬ギャップと電荷秩序に関与するアンタイノード領域は、 面間ディスオーダーの影響により、p~0.09のLa-Bi2201程度にまで広がっていると考えられる。しかし、OP-Eu-Bi2201の電荷秩序の周期はLa-Bi2201のOPと同じ~5a×5aであり、 p~0.09における~4a×4aとは一致しない。これらの結果は、Cu-O面内にドープされたホールの濃度が、その電荷秩序の周期を決める本質的要因の一つとなっている可能性を示唆するものである。
２ 古典三角格子反強磁性体Ag₂CrO₂の磁性に関する研究(吉田助教)
幾何学的フラストレーションを有する古典三角格子反強磁性体の性質はスピンの異方性に強く依存する事が知られており、Isingスピン系の無秩序状態や、 連続対称性を有するXY、Heisenbergスピン系におけるKT転移、hirality秩序等のエキゾチックな現象が生じると理論的に期待されている。 しかし、これまでに実在する多くの三角格子反強磁性体には相互作用の三次元性や構造的乱れ等の要因が存在するため、実験的な理解はあまり進んでいなかった。 我々は、高温高圧合成を行うことでこれまでに三角格子反強磁性体Ag₂CrO₂の合成に成功した。Ag₂CrO₂は三角格子を形成するCr³⁺O₂層と(Ag₂)⁺層が交互に積層し、 前者が三角格子上の局在スピンによる磁性を担い、後者は金属的伝導を担う。従って、本物質はフラストレーションの観点に加え、磁性と伝導の相関という点からも興味深い。 磁性を担うCrO₂層間のAg₂層は非磁性であるため高い二次元性を有し、また、イオンの乱れがない事から良い二次元三角格子反強磁性体のモデル物質となる。 Ag₂CrO₂はΘW = −97 Kの強い反強磁性相互作用を有するS = 3/2の三角格子反強磁性体である。 磁化測定及びOak Ridge National Laboratoryとの共同研究で行った中性子回折実験の結果、 TN = 24 Kで結晶構造の自発的歪み(trigonal→monoclinic)を伴った長距離磁気秩序が生じる事を見出した。 また、TN以下では理論的に予想されていた5副格子を有する部分無秩序相が形成される事が明らかとなった。 更に、大坂大学極限量子科学研究センターとの共同研究で55 Tまでの強磁場下で磁化過程の測定を行った。 その結果、7 ~ 30 Tと35 T以上の磁場領域に二つの磁化プラトーが一次転移(H ~ 33 T)を介して存在する事を明らかにした。 次なるステップとして、7 Tの磁場下での中性子回折実験による、磁化プラトーにおける磁気構造の解明に取り組んでいる。
2013年度(強相関電子磁性Ⅱ研究室)
１ 磁化変調方式スピン偏極走査トンネル顕微鏡による磁気記録媒体の観察
スピン偏極走査トンネル顕微鏡(SP-STM)はナノメーターオーダーの磁性体のスピン分布を評価するために用いられるが、 従来の装置では原子レベルで平坦な試料表面が必要であるために単結晶磁性体の観察のみが行われてきた。 そこで我々はSP-STMの応用範囲を多くの試料に拡げるため、磁化変調方式SP-STMの開発を進めている。 これまでFIBで微細加工したCoアモルファス磁性チップと磁気記録ヘッドを組み合わせた磁化変調探針を開発し、 凹凸のある多結晶NiFe試料で初めてスピン信号の検出に成功したが、そのSN比は不十分であり、また磁性探針の中には磁化反転が不安定なものもあった。 そこで新たにCoアモルファス磁性探針の代わりにMo探針上にNiFe磁性薄膜を成膜した新たな磁性探針を開発し、スピン信号のSN比の向上を図った。 NiFeは簡便に保磁力の小さな磁性膜を成膜できるので、探針の磁化方向の制御性が高くなる事が期待できる。 スピン像観察には記録媒体にNiFeを約10 nm蒸着したものを用意した。記録媒体は全面にランダム書き込みがされており、記録層からの漏れ磁場によりNiFe層にビットが転写されることを期待した。 また、この媒体はトラック幅は250 nm程度であり、最小記録ビット長は30 nmのものであることを磁気力顕微鏡(MFM)で確認した。 試料はAr+スパッターで清浄化ののち、SP-STM測定を10-11 Torr台の超高真空中で行った。 図１にNiFe/記録媒体の凹凸像(a)、及びスピン像(b)を示す。(a)では数nmの結晶粒を観察することができる。 (b)では(a)の結晶粒とは独立な白黒のスピンコントラストが現れており、複数個の結晶粒が磁化方向の揃ったクラスターを形成していることを示唆している。 ただし、記録ビット像の観察を期待したが、一連の観察ではビット像はまだ得られていない。
図１ NiFe(10nm)/medium，(a)topography， (b)spin image (35×35 nm²)
２ 極低温磁化変調方式スピン偏極走査トンネル顕微鏡の開発
ユニソク製極低温STMをベースに極低温SP-STMの開発を行った。これには、高密度磁気ヘッドを用いた磁性探針の開発、ヘッド駆動用のリード線の導入と専用探針カセットの作製、およびSTM本体の改造、 磁性探針と試料間の浮遊容量に起因するクロストーク信号をキャンセルする自作電子回路の製作等が必要となる。 これまでの磁気記録ヘッドは低記録密度HDD(片面～350 MB)用のもので、残数が少なく、今後入手が困難なため、新たに高容量の片面80 GB のHDDに使われている磁気ヘッドで磁性探針を開発する必要があった。 そのマイクロ電磁石のポールピース寸法は、ギャップ長、トラック幅とも0.2μm以下であり、トラック幅は以前のものと比べ、約1/30以下である。このポールピース上に長さ10μm以上の磁性探針を形成し、その先端磁化を反転する必要がある。 これまでの知見をもとに、様々な形状、磁性体(Coアモルファス、NiFe薄膜)等を試した結果、5×15×10 μmのMo材料にNiFe薄膜を100 nm形成したものとした。 Mo材は収束イオンビーム(FIB)加工装置で微細加工し、磁気ヘッドのポールピース上にタングステンを析出することで固定し、その後NiFe薄膜を蒸着法にてMo上に形成した。 探針先端の磁性評価はμ-MOKEで行った。磁気ヘッドを正弦波電流(±14 mA)で駆動したときのKerr回転角はほぼ飽和し、探針先端の磁化はヘッド磁場方向に向いていると判断した。 また、磁性探針用に専用カセットを作製し、さらにこのカセットに適合するようにSTM本体の改造を行い、ヘッド駆動電流の導入を可能とした。さらにヘッド駆動時発生するクロストーク信号をキャンセルする電子回路の自作した。 スピン像観察試料には、全面にランダム書込みを行った記録媒体にNiFe を約10 nm 蒸着したものを準備した。これは記録状態がNiFe薄膜に転写されることを期待してものである。 試料および磁性探針はAr⁺スパッタで清浄化したのちオージェ電子分光法で試料表面を分析し、液体窒素をSTMに導入し、SP-STM観察を10⁻¹¹ Torr台の超高真空中で行った。 ただし、試料のクリーニング等が完全ではないため、まだスピン像の取得まではいっていない。
2012年度(高圧物理学研究室)
私達のグループでは、銅酸化物における高温超伝導の発現機構に関する知見を得ることを目的として、幾つかの研究機関・グループと共同で以下に記す1～3の実験を行い、銅酸化物高温超伝導体の電子物性について詳しく調べている。 また、本学工学研究院応用物理学部門・トポロジー理工学研究室と共同でカルコゲナイド系擬２次元電子物質のSTM/STS実験(4)を行っている。 4に関するこれまでの研究では、その代表物質の一つであるTiSe₂において、カイラル電荷密度波(charge-density waves：CDW)というCDWの積層構造に関する新奇な秩序を見出してきた。 今年度は、カイラル電荷密度波がVSe₂でも存在することを明らかにし、その両者の特徴の違いについても詳しく調べた。
- Bi₂Sr₂CaCu₂O_(8+δ)(Bi2212)とBi₂Sr₂CuO_(6+δ)(Bi2201)における走査トンネル顕微鏡(STM)を用いたトンネル分光(STS)実験(室蘭工業大学との共同研究)
- La₂₋xSrxCuO₄(La214)における中性子散乱実験および角度分解光電子分光実験(スイス連邦工科大学ポールシェラー研究所との共同研究)
- Bi2212におけるポンプ・プローブ分光実験(本学工学研究院応用物理学部門・戸田研究室およびスロベニア・ヨゼフステファン研究所ミハイロヴィチ・グループとの共同研究)
- 擬２次元電子物質TiSe₂およびVSe₂のSTM/STS実験(本学工学研究院応用物理学部門・トポロジー理工学研究室との共同研究)
2012年度(強相関電子磁性Ⅱ研究室)
1 スピン偏極走査トンネル顕微鏡
スピン偏極走査トンネル顕微鏡(SP-STM)はナノメーターオーダーの磁性体のスピン分布を評価するために用いられるが、
従来の装置では原子レベルで平坦な試料表面が必要であるために単結晶磁性体の観察のみが行われてきた。
そこで我々はSP-STMの応用範囲を多くの試料に拡げるため、磁化変調方式SP-STMの開発を進めている。
これまでFIBで微細加工したCoアモルファス磁性チップと磁気記録ヘッドを組み合わせた磁化変調探針を開発し、
凹凸のある多結晶NiFe試料で初めてスピン信号の検出に成功したが、そのSN比は不十分であり、また磁性探針の中には磁化反転が不安定なものもあった。
そこで新たにCoアモルファス磁性探針の代わりにMo探針上にNiFe磁性薄膜を成膜した新たな磁性探針を開発し、スピン信号のSN比の向上を図った。
さらにこの磁性探針を用い凹凸のある多結晶磁性体薄膜試料においてはじめてバイアス電圧依存性を得ることに成功した。
スピン依存トンネル電流の検出実験のためにSi基板上にNiFeを100 nm成膜した試料を用意した。試料の保磁力は3 Oe程度であり、試料近傍に設置した電磁石により磁化反転が可能である。
また、試料は10 nm程度の結晶粒で構成された多結晶状態となっていることをSTM観察で確認した。この試料に交互に磁場を印加したときのロックインアンプの出力信号から、
探針磁化と試料の磁化が平行のときと反平行のときの差信号(Spin signal)を得ることができる。この信号のバイアス電圧依存性を図１に示す。ここで、トンネル電流一定(0.09 nA)モードで測定を行っている。
バイアス電圧が-3 V～1 Vと広い範囲でスピン信号はあまり変化していないことが分かる。この結果は多結晶磁性体では初めての測定例であり、
広いバイアス電圧領域でスピン信号が大きく変化しないことは磁区観察という観点からは有用である。
この結果はNiFeのアップスピンとダウンスピンの状態密度より計算されるバイアス依存性からは説明することができず、トンネル電流の方向を考慮に入れた計算をする必要があると思われる。
図１ スピン信号の時間依存性
2 磁化の2成分検出可能な磁化変調方式SP-STM用磁性探針
磁性体試料の磁化の面内1成分を原子分解能で観察するスピン偏極STM(SP-STM)はすでに実現しているが、磁化の面内2成分を同時に検出するSP-STMはまだ開発されていない。
そこで、磁化変調方式で面内2成分を同時に検出することを目的に、探針先端の磁化をx、y方向に反転させる磁性探針の開発を試みた。
十字形にエッチング加工した厚さ25μmのCoアモルファス箔を湾曲させて磁路とし、x、y用の2個1組の2対のコイルを図１のように配置した。
図１ 2成分検出用電磁石とCoアモルファス磁路
磁路の交差したところに円錐形状の微小な磁性体を固定して探針とする予定である。
磁路の幅は2 mm以下とし、曲率半径10 mm程度で湾曲している。x、y方向用コイルにそれぞれ通電することにより探針先端の磁化を2次元制御する。
磁性探針を固定する位置でのCoアモルファスの磁化方向を、偏光レーザー光のKerr効果を利用してその場測定を行った。
図2 (a)にxコイルに振幅232 mAの正弦波電流を通電した時のKerr信号の時間変化を示す。
図２ Coアモルファス箔のKerr信号の時間変化，(a)： x成分， (b)： y成分
コイルへの印加電流に同期した矩形状のKerr信号が現れており、磁化がx方向に反転していることが分かる。
印加電流はKerr信号が十分飽和する値とした。同様にyコイルに振幅126 mAの正弦波電流を通電した時の結果を(b)に示す。xと同様、磁化がyコイル電流に同期して反転していることが分かる。
2011年度(高圧物理学研究室)
私達のグループでは、銅酸化物における高温超伝導の発現機構に関する知見を得ることを目的として、 今年も昨年に引き続き以下に記す1～4の実験により、銅酸化物高温超伝導体の電子物性について詳しく調べた。 また、昨年度より本学工学研究院応用物理学部門・トポロジー理工学研究室と共同で擬２次元電子系物質TiSe₂のSTM/STS実験(5)を行っているが、 今年度はカイラル電荷密度波(Charge-Density-Wave：CDW)呼ばれる電子系の新奇な秩序における点欠陥周囲の電子状態を調べ、 その周囲で観測されるフリーデル振動にCDWのカイラリティーと関係して２種類のもの(右回りと左回り)が存在することを明らかにした。
- Bi₂Sr₂CaCu₂O_(8+δ)(Bi2212)とBi₂Sr₂CuO_(6+δ)(Bi2201)における走査トンネル顕微鏡(STM)を用いたトンネル分光(STS)実験
- La214における中性子散乱実験および角度分解光電子分光実験(スイス連邦工科大学ポールシェラー研究所との共同研究)
- Bi2212におけるポンプ・プローブ分光実験(本学工学研究院応用物理学部門・戸田研究室およびスロベニア・ヨゼフステファン研究所ミハイロヴィチ・グループとの共同研究)
- Bi2212における電子ラマン散乱実験(室蘭工業大学との共同研究)
- 擬２次元電子系物質TiSe₂のSTM/STS実験(本学工学研究院応用物理学部門・トポロジー理工学研究室との共同研究)
2012年度(強相関電子磁性Ⅱ研究室)
1 スピン偏極走査トンネル顕微鏡
スピン偏極走査トンネル顕微鏡(SP-STM)はナノメートルオーダーの磁性体のスピン分布を評価するために用いられるが、
従来の装置では原子レベルで平坦な試料表面が必要であるために単結晶磁性体の観察のみが行われてきた。
そこで我々はSP-STMの応用範囲を多くの試料に拡げるため、磁化変調方式SP-STMの開発を進めている。
また、これまでのSP-STMはスピンの1成分のみの検出にとどまっているが、2成分検出を可能とすることを将来的な目標に掲げている。
これまで磁性探針の磁化を磁気記録ヘッドを用いて反転させる手法を開発しており、これを用いて本年度凹凸のある多結晶磁性体薄膜試料においてスピン信号の検出を試みた。
図1に磁化変調方式のSP-STM装置の模式図を示している。
図１ 磁化反転方式SP-STMの概略図
磁気記録ヘッドの電磁石に交流電流を流すことにより、磁性探針の磁化は周期的に反転する。
試料と磁性探針の間に流れるトンネル電流は距離だけではなく両者のスピンの方向にも依存しており、
そのトンネル電流のスピン依存成分をロックインアンプを用いて検出する。試料用電磁石から生じる磁場により試料の磁化を反転させることが可能であり、
試料磁化反転と共にロックインアンプの信号も反転することが期待される。
図２はSi基板上にNiFe磁性体を100 nm蒸着した多結晶試料に交互に磁場を印加したときのロックインアンプの出力であるスピン信号を示している。
図２ スピン信号の時間依存性
スピン信号はおよそ35 pArmsと小さくはあるものの、試料磁化の反転に伴いスピン信号が増減することが観測された。また、磁場をこれとは垂直に印加したとき、
スピン信号がでないこと、および非磁性試料でもスピン信号がでないことも確認した。さらにハードディスクに使用されている媒体にFeを40 nm蒸着した試料を用意し、
そのスピン像の観察を試みた。これは媒体の記録ビットから漏れ出る磁場によりFe薄膜上にビットイメージが転写されることを期待して用意したものである。
図３にこの試料を観察した結果を示す。
図３ Fe蒸着磁気記録媒体の凹凸像(左)とスピン像(右)
左が凹凸像であり、右がスピン像である。凹凸像から10 nm程度の媒体の結晶粒を判別することができ、
分解能は2 nm程度に達している。スピン像にはビット像とは異なるが、試料の凹凸とは異なるコントラストを確認することができる。
現在我々はこのコントラストをスピン像と判断している。これは多結晶磁性体試料で初めてSP-STM観察した例である。またこの試料はArスパッタークリーニングしたもので、
アニール等の処理は行っていない。このような試料のSP-STM観察もこれまで報告されていない。
現在、本装置には試料の粗動機構が組み込まれていないため、視野を大きく移動して観察することができない。
そのため、試料上磁気記録された場所に移動することができないず、ビットイメージの観察にはまだ成功していない。
2 磁化の3成分の同時観察可能なμ-MOKE
マイクロメータ領域の磁化の3成分のヒステリシスループを測定することを目的に、磁気Kerr効果を利用したμ-MOKE磁性評価装置の開発を行った。 これは磁化変調方式SP-STM用磁性探針評価のために現在使用している。図１に今回開発したμ-MOKE装置を示す。3成分同時測定するため、 光軸に対して4回対称に配置したパーチャーでレーザー光を分割し、試料へ4回対称に入射させる。試料からの反射光を4分割された光検出器で検出し、 2対の光強度信号から磁化のx、y成分に対応するKerr回転角θx、θyを同時に測定する。さらに磁化のz成分は光検出器の和信号からθzを決定することができる。 Kerr回転角は光弾性変調器(PEM)を用いた光学遅延変調法によって高精度に検出を行っている。 図２はNiFe薄膜のヒステリシスのx、y成分をそれぞれμ-MOKE装置で測定したものであり、印加磁場(±165Oe)方向の角度依存性(x軸からの角度)を示している。 縦軸は磁化反転した際のKerr信号の差である。θx(θy)がcos(sin)的に変化していることが分かる。
図１ Kerr回転角のヘッド電流依存性
図２ Kerr回転角のヘッド電流依存性
Access to Us
Electronic Properties of Solids, Department of Physics, Fuculty of Science, Hokkaido University
- Science Bldg. 2, 1 st and 2 nd floor, Kita-10 Nishi-8 Kita-ku, Sapporo 060-0810, Japan
from Sapporo station to Hokkaido University
- Walk : Take the north exit out of the station. Walk straight, passing the North Pacific Bank on your left. Continue until you reach the North9, West 3 intersection. Turn left here and walk straight to the Main gate of the campus.
- Taxi : If you have large luggage, we advise catching a taxi from the station to the university.
- Subway : Take the Namboku Subway Line heading towards Asabu at Sapporo Station, get off at the next stop, Kita 12-jo and then follow the signs to the university.
from New Chitose Airport to Sapporo Station
- Train : JR Rapid Airport Line from the airport to Sapporo station runs every 15 minutes, and takes about 40 minutes.
- Bus : Chuo Bus or Hokuto Bus departs from the airport bound for Sapporo station and takes about 70 minutes.
Lab's HP
http://phys.sci.hokudai.ac.jp/LABS/kouatsu/index.htmlHigh Pressure Physics
http://phys.sci.hokudai.ac.jp/LABS/kyokutei/koike/surface.htmMagnetism in Strongly Correlated Electron Systems