創発物性計測研究チーム

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研究室概要
メンバー一覧
主要論文
研究紹介記事

主宰者

主宰者名

花栗哲郎 Tetsuo Hanaguri

学位

博士（工学）

役職

チームディレクター

略歴

1993	東北大学工学研究科応用物理学専攻博士学位取得
1993	東京大学教養学部助手
1999	東京大学新領域創成科学研究科助教授
2004	理化学研究所磁性研究室専任研究員
2013	同創発物性科学研究センター強相関物理部門創発物性計測研究チームチームリーダー（現職）

研究室概要

当チームでは、高温超伝導やトポロジカル量子現象といった固体内の電子多体系が示す創発現象の背景にある電子状態の実験的解明を行っている。主に用いる実験装置は、極低温、強磁場、超高真空の多重極限環境で動作する走査型トンネル顕微鏡である。現代の走査型トンネル顕微鏡技術を用いると、原子レベルの空間分解能とマイクロ電子ボルトに及ぶ高いエネルギー分解能で、電子状態に関する膨大な情報を含んだ「電子状態の地図」を作ることが可能となる。我々は、様々な物質の電子状態の地図を解析し、物質機能と電子状態の関係を明らかにしている。また、走査型トンネル顕微鏡技術の高度化、高機能化に関する研究を行う他、未知の創発現象の発見を目指した全く新しい物性計測手法の開発を目指す。

研究分野

物理学、工学、材料科学

キーワード

走査型トンネル顕微鏡
超伝導
トポロジカル絶縁体

研究紹介

トポロジカル絶縁体表面の質量を持たない電子の直接イメージング

近年発見されたトポロジカル絶縁体と呼ばれる物質群は、バルクは単なる絶縁体であるにもかかわらず表面が金属であり、しかも、表面金属状態を担う電子は質量を持たないという極めて興味深い性質を持っている。さらに、この表面電子のスピンを利用して情報を運ぶことができるため、スピントロニクスへの応用が期待されている。しかし、これらの興味深い性質はいずれも理論的な予言に留まっており、質量の無い電子が持つ性質の実験的な解明はほとんど進んでいない。

当チームでは、トポロジカル絶縁体Bi₂Se₃表面における質量を持たない電子のナノスケールでの空間構造を、走査型トンネル顕微鏡を用いて直接調べることに成功した。質量を持たない電子の性質は、磁場を印加することで顕著になる。磁場中で電子は周回運動するが、結晶の中に電荷を持つ欠陥があると、周回運動の重心はそれを取り巻くように移動し、「電子の輪」が形成される。我々は、この電子の輪の内部構造に、質量の無い電子特有の性質が現れることを見出した。この内部構造は、電子スピンの分布と密接な関係があり、将来のスピントロニクス応用へ向けた重要な手掛かりになると期待される。

異なるエネルギーを持つ電子に対する「電子の輪」

メンバー一覧

花栗哲郎 Tetsuo Hanaguri	チームディレクター	hanaguri[at]riken.jp
町田理 Tadashi Machida	上級研究員
Christopher John Butler	上級研究員
成塚政裕 Masahiro Naritsuka	研究員
二本木克旭 Katsuki Nihongi	基礎科学特別研究員

主要論文

C. J. Butler, M. Yoshida, T. Hanaguri, and Y. Iwasa

Behavior under magnetic field of resonance at the edge of the upper Hubbard band in 1T-TaS₂

Phys. Rev. B 107, L161107 (2023)
C. J. Butler, Y. Kohsaka, Y. Yamakawa, M. S. Bahramy, S. Onari, H. Kontani, T. Hanaguri, and S. Shamoto

Correlation-driven electronic nematicity in the Dirac semimetal BaNiS₂

Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 119, e2212730119 (2022)
T. Machida, Y. Nagai, and T. Hanaguri,

Zeeman effects on Yu-Shiba-Rusinov states

Phys. Rev. Research 4, 033182 (2022)
T. Machida, Y. Yoshimura, T. Nakamura, Y. Kohsaka, T. Hanaguri, C.-R. Hsing, C.-M. Wei, Y. Hasegawa, S. Hasegawa, and A. Takayama

Superconductivity near the saddle point in the two-dimensional Rashba system Si(111)-√3 × √3-(Tl, Pb)

Phys. Rev. B 105, 064507 (2022)
S. Kasahara, H. Suzuki, T. Machida, Y. Sato, Y. Ukai, H. Murayama, S. Suetsugu, Y. Kasahara, T. Shibauchi, T. Hanaguri, and Y. Matsuda

Quasiparticle Nodal Plane in the Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov State of FeSe

Phys. Rev. Lett. 127, 257001 (2021)

研究紹介記事

2023年04月10日RIKEN RESEARCH Stripes within crystals hint at behavior of electrons in quantum systems

A hidden pattern of electrons could provide clues to exotic quantum behavior
2021年08月03日RIKEN RESEARCH Mott insulator exhibits a sharp response to electron injection

Unexpected peaks in a spectrum upset conventional models of an exotic quantum material
2021年03月05日RIKEN RESEARCH Scanning tunneling microscopy reveals the origins of stable skyrmion lattices

Interactions between electrons help to organize magnetic whirlpool structures into a repeating grid
2019年09月02日RIKEN RESEARCH Searching for the Majorana quasiparticle in a vortex core

A potential host of the Majorana quasiparticle—a component of quantum computers of the future—has been observed
2018年08月03日RIKEN RESEARCH Electrons in iron-based superconductors can pair up in two different ways

Evidence that electrons form pairs in two distinct ways in iron-based superconductors will help theorists unravel the mechanism of unconventional superconductivity
2016年08月05日RIKEN RESEARCH Mystery solved in superconductor electron patterns

Controlling an unusual ordering of charges could boost superconducting behavior
2015年11月13日RIKEN RESEARCH Mind the gap!

Scanning tunneling microscopy is used to probe electrons in an unconventional superconductor, and uncovers an unexpected energy gap
2015年03月06日理研ニュース走査型トンネル顕微鏡を6台立ち上げた研究者

「私が新たに移る研究室には、毎回、空っぽの実験室があります。そこに走査型トンネル顕微鏡（STM）装置を立ち上げてきました」
2014年11月17日RIKEN RESEARCH Electrons move in different circles

Scanning tunneling microscopy reveals the exotic properties of an unusual type of electron