2019年3月の気になった物性系論文(完全版)

3月の気になった物性系論文です(完全版)
19/3/6 Ver. 1:1-5
19/3/16 Ver. 2:6-10
19/3/17 Ver. 3:11-13
19/3/21 Ver. 4:14-18
19/3/31 Ver. 5:14追記、19-22



1,Evidence for room temperature quantum spin Hall state in the layered mineral jacutingaite
https://arxiv.org/abs/1903.02458
図1、STMでみる端状態と理論予想との比較。STMすごい・3・
コメント:量子スピンホール効果にともなう無散逸端伝導の現実的な応用には、スピン軌道相互作用に伴う巨大な絶縁体ギャップ、単層化性、室温安定性といった要求があるが、グラフェンやTMD、弱いトポロジカル絶縁体(Bi14Rh3I9)はその条件を満たせていない。この研究では、STMを使って、Pt2HgSe3が室温で110meVのギャップをもつ単層化可能なKane-Male絶縁体(量子スピンホール絶縁体)で、明確な端状態を持つことを示して室温量子スピンホール効果うおおおおおおおおおおおおおおお!
High-Tc超伝導体を乗せてマヨラナ状態を実現してほしい。

2,Thermoelectric microscopy of magnetic skyrmions
https://arxiv.org/abs/1903.01037
図2、熱電顕微鏡の模式図と、熱スピン効果の概念図。オシャレ感ある。
コメント:スキルミオンの実空間観測はローレンツ顕微鏡やスピン分解STM、X線顕微鏡などで行われている。この研究では、新たな測定方法として、局所加熱による温度勾配とスピン配列の相互作用から生じる熱スピン効果を利用した熱電顕微法を提案している。スキルミオン以外にも観測できるおもしろ磁気構造はあるのかな?

3,Quantum phase transition inside the superconducting dome of Ba(Fe1−xCox)2As2 probed by optical magneto-sensing using NV-centers in diamond
https://arxiv.org/abs/1903.00053
図3、量子臨界点における磁場侵入長の増大。P-Ba122で測定して妥当性確認した方がよくない?
コメント:非従来超伝導体では、反強磁性相と超伝導相の境界に存在する量子ゆらぎにより強い電子相関が生じることが知られている。しかし、強いゆらぎを伴う量子臨界点が超伝導相内部に存在するかは、量子振動や電子比熱といった常伝導相の測定からはわからない。この研究では、ダイヤモンドNVセンターを利用したBa(Fe,Co)2As2の高感度磁気測定から磁場侵入長(λ^2∝m*)を求めることで、臨界点で超伝導状態の有効電子質量が増大すること、つまり強い電子相関が存在することを示している。こういうの好き。

4,Ferromagnetic order in a cuprate superconductor
https://arxiv.org/abs/1902.11235
図4、過剰ドープ領域に強磁性秩序はありまーーす!
コメント:銅酸化物は”ドープされた反強磁性モット絶縁体”と言う観点から、不足・最適ドープ領域の研究が進められてきたが、その仮定が過剰ドープ領域にも適用できるかは明らかではない。特に、超伝導の消えた過剰ホールドープ領域で強磁性ゆらぎが存在しているのではないかという指摘が、理論・μSR・輸送測定から提案されてきたが、静的強磁性秩序が存在する直接的な証拠はなかった。この研究では、電子ドープ系(La,Ce)2CuO4薄膜の輸送、磁気熱、磁気測定から過剰電子ドープ領域に強磁性秩序が存在する証拠を見つけたと主張している。ホールドープ側薄膜と逆の結果だけど、強磁性秩序はこれから流行るかな?

5,Giant Shot Noise from Majorana Zero Modes in Topological Trijunctions
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.097003
https://arxiv.org/abs/1809.10527
図5、マヨラナフェルミオン検出のための3端子デバイス。┌(┌^o^)┐マヨォ…
コメント:一次元量子細線端のマヨラナフェルミオンは、これまでゼロバイアスピークや4πジョセフソン効果の観測からその存在が主張されてきた。しかし、サブギャップAndreev状態や不純物効果、異なるトポロジカル状態でもそれら実験結果が再現できるため、不十分な証拠であった。この研究では3端子デバイスを使った測定により、マヨラナフェルミオンが生み出す巨大ショットノイズを検出することでその存在を確認できることを理論的に提案している。ショットノイズ測定、有能である。量子細線以外にも拡張できる測定手法なのかな?

6,Angle-resolved photoemission spectroscopy of a Fermi-Hubbard system
https://arxiv.org/abs/1903.05678

図6,冷却原子ARPESの概念図、実験結果、理論計算。すごい・3・
 コメント:ARPESは固体の電子状態を直接観測する強力な手段であり、特に高温超伝導体に観られる超伝導ギャップと擬ギャップの研究に効果を発揮する。しかし、固体中のミクロなハミルトニアンが非自明なため、その関係を明らかにすることは困難である。この研究では、相互作用が制御できる冷却原子を利用し、引力型フェルミ・ハバードモデルに対するARPESを実現し、量子ガス顕微鏡測定と組み合わせることで、BCS-BECクロスオーバーに伴う擬ギャップの観測に成功している。銅酸化物高温超伝導を記述する斥力型モデルでどうなるかな+ (0゚・∀・) + 。

7,Unconventional Scaling of the Superfluid Density with the Critical Temperature in Transition Metal Dichalcogenides
https://arxiv.org/abs/1903.05292
図7、TMDが示すUemuraプロット。Uemuraプロットって理論的に説明つくんでしょうか?
コメント:遷移金属ダイカルコゲナイド(TMD)2H-NbSe2, 4H-NbSe2, and 1T'-MoTe2の圧力下μSR測定から、これらTMDの超伝導転移温度Tcと超流動密度nsが線形に比例するUemura Plotに従うことを示した研究。銅酸化物や鉄系超伝導でも観られる関係であり、TMDの超伝導が非従来超伝導であることを示唆している。

8,Origin of Magic Angles in Twisted Bilayer Graphene
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.106405
https://arxiv.org/abs/1808.05250
図8、繰り返されるマジックアングル。実験的検証に期待。
コメント:マジックアングルグラフェン(MAG)は1.1°の捻りで強相関電子系となる特異な現象だがその起源は明らかではない。特に、何を持って”マジックアングル”というのか、その基準(ディラック速度の消失、バンドギャップ最大化等)がそもそもはっきりしていない。この研究では、MAGの連続体モデルに基づく理論計算を行い、上記条件が同時に生じるマジックアングルが再帰的に複数存在することを明らかにした。こういう検証可能な予想を示す理論は良いですね(こなみ。なお、動画はこちら

9,Super superlattices: The moiré patterns of three layers change the electronic properties of graphene
https://phys.org/news/2019-03-super-superlattices-moir-patterns-layers.html
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b05061
https://arxiv.org/abs/1812.10031
図9、モアレーモアレパターンのイメージ図。超超超超イイ感じ(๑•̀ㅂ•́)و✧
コメント:マジックアングルグラフェンを代表とする二次元物質を重ねたモアレ超格子は、本来の格子周期より長周期のモアレパターンを生み出すことで電子状態に影響を与えている。この研究では、グラフェンの上下面をそれぞれ異なる角度ずらしたhBNで挟むことで、上下面の異なるモアレパターン同士のモアレパターン、すなわち超超格子を実現している。原理的にはいくらでもモアレパターンを重ねられそうだけど、超超格子にもマジックアングルはあるのかな?


10,Evidence for Helical Hinge Zero Modes in an Fe-Based Superconductor
https://arxiv.org/abs/1902.10723
図10、トポロジカル絶縁体+s±波超伝導=ヘリカルマヨラナヒンジモードの誕生┌(┌^o^)┐トポォ…
コメント:鉄系超伝導体の一種、Fe(Te,Se)(FTS)はこれまでの研究から、トポロジカルに非自明な電子状態をもち、また符号反転s波(s±波)超伝導であることが有力である。もしそうであればFTSは高次トポロジカル超伝導体であり、つまり縁に局在したヘリカルヒンジゼロモードが観測されることが期待される。この研究では、新提案の二次元金属/超伝導接合を形成しポイントコンタクト測定を行うことで、確かに縁にヘリカルゼロモードに期待されるゼロバイアスピークが存在することを明らかにしている。これでFTSのトポロジカル性とs±波は確定なのか、それともs++波で説明できるのか・・・私、気になります!

11,From random matrix theory to linear-in-T specific heat in glasses
https://arxiv.org/abs/1903.05237
図11、アモルファス物質の比熱の温度依存性。
コメント:一般的な固体の低温比熱は、デバイ理論に従うT^3の温度依存性を示す。一方、アモルファス物質はT-Linearな温度依存性を示すことが1970年代から確認されており、これまで二準位間の量子トンネル効果を考慮した理論が提唱されてきた。この研究では、ランダム行列理論を使った数値・解析計算により、アモルファス物質の構造的な乱れの効果のみで温度依存性が説明できることを示している。

12,High mobility in a van der Waals layered antiferromagnetic metal
https://arxiv.org/abs/1903.03111
図12、GdTe3の高い移動度。薄膜化すると1/5程度になるのはなぜだろう?
コメント:高速スピントロニクスの実現には高い移動度をもつ磁性ファンデルワールス物質の発見が求められている。この研究では、ファンデルワールス反強磁性体GdTe3が、これまで知られている層状磁性物質の中で最高の移動度28000cm^2/Vsを持つこと、それがトポロジカル物質ZrSiSと同程度ということ、そして超薄膜にしてもその性質が失われないことを輸送特性、量子振動、STM、ARPES(サプリ)により明らかにしている。プリンストン大は物質開発から測定まですごいメンツを揃えてますね。

13,AC Elastocaloric effect as a probe for thermodynamic signatures of continuous phase transitions
https://arxiv.org/abs/1903.00791
図13、比熱じゃないのに、比熱と同じような温度依存性が弾性熱効果で確認できる。
コメント:弾性熱効果は歪と断熱的温度変化を結びつける二階テンソルにより記述される。近年、歪による量子物性の操作が有効であると示す研究が増え、熱力学量である弾性熱効果を精密に測定する方法が求められてきた。この研究では、交流振動歪とロックイン測定を組み合わせることで、高温でも精密に弾性熱効果を測定する方法を提案し、鉄系超伝導体Ba(Fe,Co)2As2の電子ネマティック-磁気相転移の測定を行うことで検証を行っている。スタンフォード大のグループは、サンプル測るだけじゃなくて、測定手法を提案してて面白いですね。あるべき姿ですが。

14, Electric Field Tunable Correlated States and Magnetic Phase Transitions in Twisted Bilayer-Bilayer Graphene
https://arxiv.org/abs/1903.08596
Spin-polarized Correlated Insulator and Superconductor in Twisted Double Bilayer Graphene
https://arxiv.org/abs/1903.08130
Observation of superconductivity with Tc onset at 12K in electrically tunable twisted double bilayer graphene
https://arxiv.org/abs/1903.06952
図14、捻り二層バイレイヤーグラフェンが示す様々な物性。重ね着感ある。
コメント:マジックアングルグラフェンはグラフェンを互いに僅かにひねって重ねた構造をもち、様々な興味深い物性を示す。では、二層グラフェンを互いにひねって重ねると何が起きるのか?MIT、ハーバード、中国科学院の各研究グループは二層バイレイヤーグラフェンを僅かにひねった構造を実現し、フラットバンド、強磁性絶縁相、Tc=12Kに達するスピン偏極超伝導の可能性といったマジックアングルグラフェンとは異なる新しい物理の可能性を報告している。捻りN層Mレイヤーグラフェンの一般論作れるかな?(追記-とおもってたら早速理論が出てきました><)

15Ubiquity of superconducting domes in the Bardeen-Cooper-Schrieffer theory with finite-range potentials
https://arxiv.org/abs/1810.03349v1
https://journals.aps.org/prl/accepted/e9072Y2eK9216c5d477818f5e5e457c356a038722
図15、いろいろな電子間相互作用ポテンシャルを仮定したときの超伝導ドーム。
コメント:超伝導を記述するBCS理論では超伝導転移温度Tcがキャリア密度nに比例することが予言されている。しかし、現実の物質、特に強相関電子系ではキャリア密度に対してTcがドーム形状に変化することが観測されており、非従来超伝導の証拠と考えられている。この研究では、最新の数理物理的手法を用いて、電子間相互作用が非局所的であると仮定するとTcのキャリア密度依存性はドーム形状となること、単調なTc変化は相互作用が局所的であると仮定したことによるアーティファクトであることを明らかにしている。こういうみんなが前提としてる知識を刷新する研究面白いですね。

16, Type-II Ising Pairing in Few-Layer Stanene
https://arxiv.org/abs/1903.07627
図16、磁場に強い色んな超伝導、みんな違ってみんないい
コメント:異なるバレー自由度(K点、K'点)を持つスピン偏極した電子同士の間でクーパー対が形成されるイジング超伝導はMoS2等で実現され、巨大な臨界磁場を持つことが報告されている。この研究では、少数層スタネンにおいて、スピン縮退したΓ点付近のバンドが、スピン軌道ロッキングと異軌道間ゼーマン相互作用のためにスピン分裂し、Type-IIイジング超伝導と呼ばれる現象が生じることを報告している。いろんな超伝導メカニズムが新しく見つかるものだなぁ。

17, Hidden self-energies as origin of cuprate superconductivity revealed by machine learning
https://arxiv.org/abs/1903.08060
図18、最高の機械学習で正常・異常自己エネルギーを取り出すアルゴリズム
コメント:電子状態を特徴づける一粒子スペクトル関数A(k,ω)から求まる自己エネルギーΣは超伝導を記述する上で重要である。しかし、STMやARPESスペクトルから求まるのは、Σを構成する正常・異常自己エネルギーの和であり、とくに超伝導ギャップ構造に比例する後者は弱相関BCS超伝導の場合にしか取り出すことが出来ず、強相関電子系超伝導の研究にとって課題となっていた。この研究では、ボルツマン機械学習を用いて、ARPESスペクトルから正常・異常自己エネルギーを独立して取り出す方法を提案し、APRESの結果のみからUemuraプロット(μSR)、Homesプロット(赤外分光)の再現に成功している。ARPESが含んでいる情報量はすごいなぁ。STMとか他の測定にも応用できるかな?

18, Kitaev quantum spin liquid - concept and materialization
https://arxiv.org/abs/1903.08081
Heisenberg-Kitaev physics in magnetic fields
https://arxiv.org/abs/1903.07622
図18、いろいろなKitaev物質と相図のパラメータ依存性。
コメント:20年前、A. Kitaevが予言した二次元ハニカム格子上のスピン1/2模型は、基底状態としてマヨラナ分数励起とトポロジカル量子スピン液体を持つことが知られている。近年の実験技術と物質開発の進歩により様々な物質でスピン液体的振る舞いが、中性子散乱やラマン分光、NMR、熱測定により観測され注目を集めている。これらの論文では、最近のKitaev模型の最近の進捗をレビューしたものであり、今後の展開を予見するものである。

19,Quantum oscillations in flux-grown SmB6 with embedded aluminum
https://journals.aps.org/prl/accepted/a1077Y4cFab14f6308aa92100054b3c713ee77b78
https://arxiv.org/abs/1806.00117

図19、SmB6のdHvA振動の研磨量依存性と多結晶Alの信号。ピークの位置がそっくりですねぇ。。。
コメント:トポロジカル近藤絶縁体SmB6のキャリア質量は、STMや熱電効果測定から求められたものと比べ、dHvA効果で測定された有効質量のほうがずっと小さく、さらに輸送特性の測定からは量子振動が観測されない、結晶育成方法により見えるFermi面形状が異なるという不一致が存在した。この研究ではAlフラックスで合成したSmB6のdHvA効果を、サンプル研磨により表面析出したAlを除去しながら測定することで、量子振動が残存したAlフラックスによるものである可能性を報告している。「他の研究を否定も肯定もするものではない」と本文にあるとはいえ、闇深。。。

20,Spatiotemporal Mapping of Photocurrent in a Monolayer Semiconductor Using a Diamond Quantum Sensor
https://arxiv.org/abs/1903.09287
図20、光電流のNVセンターによる検出の模式図。NVセンター有能過ぎ問題。
コメント:光物質相互作用の代表例である光電流の検出には輸送測定による測定が利用されてきたが、空間的に平均化された光電流を低効率で検出していることが課題であった。この研究では、ダイヤモンド上MoS2の光電流をダイヤモンドNV中心を利用して、光電流の時空間分解測定を実現してる。20nA/umの制度を達成し、光電流がネルンスト効果による渦を形成していることを明らかにしている。見えないものを見ようとするの好き。

21,Conventional superconductivity in quasicrystals
https://arxiv.org/abs/1903.09635
図21、準結晶のギャップサイズの空間依存性。曼荼羅っぽい。

コメント:周期性をもたない結晶である準結晶の超伝導について、信憑性の高い実験結果が報告されたのは2018年になってからである。その超伝導メカニズムが従来の周期的結晶に対して考えられてきたBCS理論で理解できるかは自明ではない。この研究では、準結晶に対して実空間Bogoliubov–de Gennes方程式を解くことで、超伝導ギャップサイズが空間的に不均一になるがゼロにはならないこと、その平均的なふるまいはBCS理論的に振る舞うことを報告している。BCS理論、最強やな!

22,Massive Dirac Fermion at the Surface of the van der Waals Antiferromagnet MnBi2Te4
https://arxiv.org/abs/1903.11826
Searching the Mn(Sb,Bi)_{2}Te_{4} family of materials for the ideal intrinsic magnetic topological insulator
https://arxiv.org/abs/1903.09934

図22、MnBi2Te4のFermi面と相図。どっちの論文も分散がきれいすぎる・3・

コメント:MnBi2Te4はトポロジカル絶縁体Bi2Te3と磁性体Mnが積層したファンデルワールス物質で、磁性トポロジカル状態の実現が期待されている。ドイツWurzburg大を中心とする研究グループはMnBi2Te4のARPES、XMCDを磁気転移温度上下で行うことで、トポロジカル表面状態に由来する単一ディラック分散が常磁性状態と反強磁性状態の両方で存在することを報告している。さらに中国南京大学を中心とするグループは、Sbを添加したMn(Bi,Sb)2Te4を合成しキャリア量を制御することで、主要キャリアの変化とトポロジカル相転移が生じることをARPESと輸送測定、第一原理計算により明らかにしている。いま、磁性トポロジカル物質が熱い!



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