【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】25220710 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

重い電子 / 非従来型超伝導 / 量子臨界点 / 界面 / スピン密度波 / 量子スピン液体 / 鉄系超伝導 / ボース・アインシュタイン凝縮 / 鉄系高温超伝導 / 銅酸化物高温超伝導 / 重い電子系 / 超伝導対称性 / トンネル顕微鏡 / 人工超格子 / 超伝導 / 分子線エピタキシー / 量子臨界 / ２次元 / BCS-BECクロスオーバー / 量子スピン系 / 空間反転対称性の破れ / 空間反転対称性 / 新奇超伝導状態 / 走査型トンネル顕微鏡 / 界面制御

【研究成果の概要】

重い電子系化合物の人工制御、特に重い電子系化合物CeCoIn5、CeRhIn5を含む様々な人工超格子を作製し、量子臨界点の研究や新奇な超伝導状態の研究を行った。特にd波超伝導体CeCoIn5を含むトリコロール超格子により、空間反転対称性の破れを人工的に制御することに成功し。さらにCeCoIn5とスピン密度波化合物CeRhIn5を原子層単位で、積層成長させた人工超格子を作製し、圧力をかけることにより、界面を通して磁気揺らぎを超伝導状態に注入することに成功した。また超高真空中でエピタキシャル成長し清浄表面を持つ、CeCoIn5とCeRhIn5薄膜のトンネル顕微鏡による分光にも成功した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2013-05-31 - 2018-03-31

【配分額】244,270千円 (直接経費: 187,900千円、間接経費: 56,370千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】20224008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強相関系 / 重い電子 / 異方的超伝導 / 人工超格子 / 分子線エピタキシー / 量子臨界点 / 非フェルミ流体 / 重い電子系 / 強結合超伝導 / 隠れた秩序 / 磁気トルク / 鉄系超伝導体 / ネマティック状態 / 新奇超伝導 / 下部臨界磁場 / 反強磁性揺らぎ / 超伝導 / 有効質量 / MBE / 量子振動

【研究成果の概要】

本研究においては分子線エピタキシー法によりf電子からなる重い電子を2次元に閉じ込めることに成功した。そしてCeIn3/LaIn3超格子において量子臨界性の次元制御に初めて成功しただけでなくCeCoIn5/YbCoIn5超格子において2次元の重い電子を超伝導にすることにも成功した。2次元に閉じこめた重い電子の超伝導は極めて特異なものであることを発見した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2008 - 2012

【配分額】214,760千円 (直接経費: 165,200千円、間接経費: 49,560千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】17340105 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酸化物 / 電界効果 / トランジスター / 金属・絶縁体転移 / SrTiO_3 / 移動度 / 超伝導 / ナノワイヤー / 強相関エレクトロニクス / マイクロ・ナノデバイス / MBE、エピタキシャル / 先端機能デバイス / 超薄膜

【研究成果の概要】

平成18年度はアモルファスとエピタキシャルのCaHfO_3、DyScO_3をゲート絶縁層に用いたSrTiO_3電界効果トランジスタの作製に成功した。エピタキシャルのCaHfO_3、DyScO_3はSrTiO_3上にグレイン境界の生成なしに約2nmの厚さまで成長できた。この薄いエピタキシャル層とアモルファス絶縁体を組み合わせることで、10^<13>cm^<-2>オーダーにも達するシートキャリア密度をSrTiO_3基板の表面層に誘起できるトランジスタ動作を達成した。低温において急激な電界効果移動度の増加が確認されており、電界で誘起されたキャリアが化学ドーピングされたキャリアと同等に振る舞っている。SrTiO_3トランジスタにおいて金属・絶縁体転移が観測された。
金属伝導性LaTiO_3ナノワイヤーの成長について研究した。アニールしたSrTiO_3基板表面のステップエッジに沿って金属伝導性(La, Sr)TiO_3ナノワイヤーアレーを形成するステップフロー成長手法を開発した。LaTiO_3ナノワイヤー成長の前にアニールしたSrTiO_3基板表面をSrO薄膜でバッファーする技術を開発した。本ステップはSrTiO_3の表面伝導を低減しナノワイヤー間を絶縁するために欠かせない。こうして得られたナノワイヤーアレーは理想的な1次元伝導を示した。
スイス、ジュネーブ大学のトリスコン教授のグループとの共同研究でNbドープSrTiO_3薄膜の超伝導特性に関する研究をおこなった。超伝導を示すNb : SrTiO_3薄膜の作製に成功すると共に、静電的な電界効果によるキャリア密度変調により超伝導状態をon/offできることを示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】15,500千円 (直接経費: 15,500千円)

【研究分野】無機工業化学

【研究領域課題番号】08044135 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超伝導 / ホール分布 / 不可逆磁場 / 短寿命125K級超伝導体 / “水"を含む高磁場超伝導体 / 酸化亜鉛 / コンビナトリアルレーザーMBE / ナノドット低次元構造 / オーバードープ / 0112 / 高温超伝導トンネル接合 / コンビナトリアルケミストリー / Hg-1223 / 酸化物エレクトロニクス / レーザーMBE / 酸化物エピタキシ- / 原子層エピタキシ- / 高温超伝導 / 臨界温度 / ホールド-ピングルート / 高圧合成 / ボンド・バレンス・サム

【研究成果の概要】

共同研究のパートナーであるヘルシンキ工科大のProf.NiinistoとDr.Karppinenとは、高温超伝導物質結晶内のキャリア分布と超伝導特性の向上に関する実験および結果の検討を行った。ペンシルバニア州立大のProf.Schlomとは酸化物の薄膜形成と電子機能について討論した。1998年11月12〜13日には、"International Workshop on Chemical Desigh and Processing of High-T_cSuperconductors IV"をDr.KarppinenとProf.Schlomとともに開催し、本共同研究の今までの成果を発表した。またヘルシンキ工科大のProf.NiinistoとはALE法による超伝導薄膜合成と、コンビナトリアルケミストリー法の材料開発への応用に関する研究協力を行った。主な成果は以下の通りである。
● 単位格子内ホール分布を自在に制御できる超伝導物質シリーズ、(Yb,Ca)(Ba,Sr)_2CU_3O_<7-d>を合成し、T_cを低下させずに不可逆磁場特性が大きく向上した試料の作製に成功した。ボンド・バレンス計算やX線吸収実験結果より、キャリアの分布を均一にすると、不可逆磁場特性が大きく向上することを見いだし、実際に物質を創製しこれを実証した。
● Ba-Ca-Cu-O系で最も高い臨界温度126Kをもつが非常に不安定な超伝導物質を合成し、この相がBa_2Ca_2Cu_3O_y(0223相)であり、大気中で"水"を含むH_5Ba_2Ca_2Cu_3O_y(H-5223相)に変化する過程を初めて解明した。これら2相を比較すると、後者の不可逆磁場特性はむしろ優れており、磁場特性は構造よりもキャリアの空間分布異方性により支配されることがわかった。
● 酸化物ヘテロ接合の完全制御をめざし、酸化物最表面構造の実空間原子レベル同定技術を確立し、成膜条件と結晶成長表面の定量的な相関を解明した。
● 新奇な磁気特性創成をめざし、強磁性酸化物におけるナノワイヤー、ナノドット低次元構造の構築に成功し、磁気特性の次元依存性についての基礎的知見を得ることができた。
● レーザーMBEをベースとするコンビナトリアルレーザーMBEおよび超格子製造装置のコンセプトを提案してこれを作製し、原子レベルで制御した多層薄膜のパラレル合成に世界で初めて成功した。また、室温紫外レーザー光の発振を見出したZnOナノドット膜のバンドギャップ制御に、コンビナトリアルレーザーMBE法が極めて有効な手法であることを明らかにした。

【研究種目】国際学術研究

【研究期間】1996 - 1998

【配分額】29,100千円 (直接経費: 29,100千円)