Imaging Josephson vortices on the surface superconductor Si(111)-()-In using a scanning tunneling microscope

走査型トンネル顕微鏡を用いたSi(111)-()-In界面における表面超伝導のジョセフソン磁束イメージング

吉澤 俊介*; Kim, H.*; 川上 拓人*; 永井 佑紀   ; 中山 知信*; Hu, X.*; 長谷川 幸雄*; 内橋 隆*

Yoshizawa, Shunsuke*; Kim, H.*; Kawakami, Takuto*; Nagai, Yuki; Nakayama, Tomonobu*; Hu, X.*; Hasegawa, Yukio*; Uchihashi, Takashi*

物質の表面や界面で生じる超伝導は、その二次元性やコントロール性などにより、高い超伝導転移温度の実現が期待され、盛んに研究がなされている。特に、Siの表面上にInの単層膜を作製すると、そのIn原子層においてゼロ抵抗を示し超伝導状態になることが知られている。そこで、本論文では、走査型トンネル顕微鏡による磁場中の表面測定と理論計算の比較を行った。なお、上記課題の解決にあたり、Si表面上に存在するステップ状構造を超伝導体の繋がりとしてモデル化し機構の有するスーパーコンピュータBX900でシミュレーションを実行することにより、実験結果と定性的に一致する結果を得ることができた。特に、実験で見られているステップ境界においてトラップされた磁束が、通常の磁束ではなく高温超伝導体で典型的に見られるジョセフソン磁束となっていることを明らかにした。これらの結果は、超伝導体の基礎物性を明らかにするのみならず、界面や表面を利用したデバイス開発に資する成果であり、広く原子力分野の材料開発のためのシミュレーション基盤開発にも資する成果である。

We have studied the superconducting Si(111)-()-In surface using a He-based low-temperature scanning tunneling microscope. Zero-bias conductance images taken over a large surface area reveal that vortices are trapped at atomic steps after magnetic fields are applied. The crossover behavior from Pearl to Josephson vortices is clearly identified from their elongated shapes along the steps and significant recovery of superconductivity within the cores. Our numerical calculations combined with experiments clarify that these characteristic features are determined by the relative strength of the interterrace Josephson coupling at the atomic step.