ルテニウム酸化物薄膜を用いたトポロジカル超伝導状態の解明

• Project Area: Frontiers of materials science spun from topology
• Project/Area Number: 16H00980
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 打田 正輝 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50721726)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2017: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2016: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 超伝導 / ルテニウム酸化物 / 薄膜・接合 / トポロジカル超伝導 / ジョセフソン接合 / 薄膜 / 超伝導対称性

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、スピン三重項超伝導体として知られている層状ペロブスカイト型ルテニウム酸化物Sr2RuO4について、超伝導薄膜の作製を通じてルテニウム酸化物の超伝導対称性とトポロジカルな超伝導特性を明らかにすることを目指している。電子ビーム加熱により供給されるRuフラックスを精密に制御することにより、Ru/Srフラックス比をはじめとする作製条件の最適化を行い、わずかに異なるフラックス比のもとで作製されたSr2RuO4超伝導薄膜の構造・欠陥・輸送特性を初めて明らかにした(M. Uchida et al., APL Materials (2017))。わずかにRuフラックスを過剰供給した場合に最高転移温度(Tc~1.1K)が観測され、Sr2RuO4薄膜中のRu欠損を抑えることが、超伝導発現に極めて重要であることを示した。また、希釈冷凍機温度においてSr2RuO4超伝導薄膜の上部臨界磁場の角度依存性を詳細に測定し、薄膜化による超伝導特性の変化を明らかにした。特に、擬二次元的な振る舞いの出現に伴って、薄膜において面直磁場方向(H//c)を中心として上部臨界磁場が系統的に増大することを明らかにした。さらに、方位の異なる結晶が人工的に接合されたLSATバイクリスタル基板上に超伝導薄膜を成長することで、Sr2RuO4傾角粒界接合を作製し、典型的なオーバーダンプ的な電流電圧特性を示すジョセフソン接合の測定に成功した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Structural characterisation of high-mobility Cd3As2 films crystallised on SrTiO3 (2018)
  • Author(s): Y. Nakazawa, M. Uchida, S. Nishihaya, M. Kriener, Y. Kozuka, Y. Taguchi, and M. Kawasaki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-018-20758-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Electrical conduction on the surface of ferroelectric PbTiO3 thin film induced by electrolyte gating (2018)
  • Author(s): R. Nishino, Y. Kozuka, M. Uchida, F. Kagawa, and M. Kawasaki
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 112 Issue: 5
  • DOI: 10.1063/1.5010391
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electric-field control of anomalous and topological Hall effects in oxide bilayer thin films (2018)
  • Author(s): Y. Ohuchi, J. Matsuno, N. Ogawa, Y. Kozuka, M. Uchida, Y. Tokura, and M. Kawasaki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Issue: 1 Pages: 213-213
  • DOI: 10.1038/s41467-017-02629-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] All-in-all-out magnetic domain inversion in Tb2Ir2O7 with molecular fields antiparallel to external fields (2018)
  • Author(s): Fujita T. C.、Kozuka Y.、Matsuno J.、Uchida M.、Tsukazaki A.、Arima T.、Kawasaki M.
  • Journal Title: Physical Review Materials Volume: 2 Issue: 1
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.2.011402
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Topological properties and functionalities in oxide thin films and interfaces (2018)
  • Author(s): Uchida Masaki、Kawasaki Masashi
  • Journal Title: Journal of Physics D: Applied Physics Volume: 51 Issue: 14 Pages: 143001-143001
  • DOI: 10.1088/1361-6463/aaaf00
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantum Hall states in thin films of Dirac semimetal Cd3As2 (2017)
  • Author(s): M. Uchida, Y. Nakazawa, S. Nishihaya, K. Akiba, M. Kriener, Y. Kozuka, A. Miyake, Y. Taguchi, M. Tokunaga, N. Nagaosa, Y. Tokura, and M. Kawasaki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 8 Issue: 1 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1038/s41467-017-02423-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Visualizing ferroic domains in an all-in?all-out antiferromagnet thin film (2017)
  • Author(s): Kozuka Y.、Fujita T. C.、Uchida M.、Nojima T.、Tsukazaki A.、Matsuno J.、Arima T.、Kawasaki M.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 96 Issue: 22
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.224417
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Adsorption-controlled growth of La-doped BaSnO3 by molecular-beam epitaxy (2017)
  • Author(s): H. Paik, Z. Chen, E. Lochocki, A. Seidner H., A. Verma, N. Tanen, J. Park, M. Uchida, S. Shang, B.-C. Zhou, M. Brutzam, R. Uecker, Z.-K. Liu, D. Jena, K. M. Shen, D. A. Muller, and D. G. Schlom
  • Journal Title: APL Materials Volume: 5 Issue: 11
  • DOI: 10.1063/1.5001839
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Molecular beam epitaxy growth of superconducting Sr2RuO4 films (2017)
  • Author(s): Uchida M.、Ide M.、Watanabe H.、Takahashi K. S.、Tokura Y.、Kawasaki M.
  • Journal Title: APL Materials Volume: 5 Issue: 10 Pages: 106108-106108
  • DOI: 10.1063/1.5007342
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Alloy disorder modulated electron transport at MgxZn1-xO/ZnO heterointerface (2017)
  • Author(s): Aswin Vishnuradhan, Y. Kozuka, M. Uchida, J. Falson, A. Tsukazaki, M. Kawasaki
  • Journal Title: AIP Advances Volume: 7 Issue: 1 Pages: 015029-015029
  • DOI: 10.1063/1.4974462
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Topological Oxide Electronics (2016)
  • Author(s): M. Uchida, M. Kawasaki
  • Journal Title: J. Phys. D-Appl. Phys. Volume: 49 Issue: 43 Pages: 433001-433001
  • DOI: 10.1088/0022-3727/49/43/433001
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Evolution of electronic correlations across the rutile, perovskite, and Ruddelsden-Popper iridates with octahedral connectivity (2016)
  • Author(s): J. K. Kawasaki, M. Uchida, H. Paik, D. G. Schlom, and K. M. Shen
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 94 Issue: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.121104
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evolution of Insulator-Metal Phase Transitions in Epitaxial Tungsten Oxide Films during Electrolyte-Gating (2016)
  • Author(s): S. Nishihaya, M. Uchida, Y. Kozuka, Y.Iwasa, M. Kawasaki
  • Journal Title: ACS Appl. Mater. Volume: 8 Issue: 34 Pages: 22330-22336
  • DOI: 10.1021/acsami.6b06593
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] MgZnO/ZnO heterostructures with electron mobility exceeding 1 × 106 cm2/Vs (2016)
  • Author(s): J. Falson, Y. Kozuka, M. Uchida, J. H. Smet, T. Arima, A. Tsukazaki, M. Kawasaki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Issue: 1 Pages: 26598-26598
  • DOI: 10.1038/srep26598
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Strain Control of Fermiology and Many-Body Interactions in Two-Dimensional Ruthenates (2016)
  • Author(s): B. Burganov, C. Adamo, A. Mulder, M. Uchida, P. D. C. King, J. W. Harter, D. E. Shai, A. S. Gibbs, A. P. Mackenzie, R. Uecker, M. Bruetzam, M. R. Beasley, C. J. Fennie, D. G. Schlom, and K. M. Shen
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 116 Issue: 19
  • DOI: 10.1103/physrevlett.116.197003
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Anomalous Hall effect in perovskite cobalt oxide thin films (2018)
  • Author(s): Y. Ohuchi, J. Matsuno, Y. Kozuka, M. Uchida, M. Kawasaki
  • Organizer: 2018 American Physical Society March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular beam epitaxy and characterization of superconducting Sr2RuO4 films (2018)
  • Author(s): M. Uchida, M. Ide , H. Watanabe, K. S. Takahashi, Y. Tokura, M. Kawasaki
  • Organizer: 2018 American Physical Society March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetotransport study of topological phase transition in (Cd1-xZnx)3As2 thin films (2018)
  • Author(s): S. Nishihaya, M. Uchida, Y. Nakazawa, K. Akiba, M. Kriener, Y. Kozuka, A. Miyake, Y. Taguchi, M. Tokunaga, M. Kawasaki
  • Organizer: 2018 American Physical Society March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Growth and characterization of Cd3As2 epitaxial thin films on a II-VI substrate (2018)
  • Author(s): Y. Nakazawa, M. Uchida, S. Nishihaya, Y. Kozuka, M. Kawasaki
  • Organizer: 2018 American Physical Society March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ディラック半金属・強磁性絶縁体接合における異常ホール効果の観測 (2018)
  • Author(s): 打田正輝, 佐藤慎, 西早辰一, 中澤佑介, M. Kriener, 小塚裕介, 田口康二郎, 川﨑雅司
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 低キャリア濃度ディラック半金属薄膜におけるバルク量子ホール効果の観測 (2018)
  • Author(s): 西早辰一, 打田正輝, 中澤佑介, M. Kriener, 小塚裕介, 田口康二郎, 川﨑雅司
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 電気二重層を用いた強誘電ゲートトランジスタの作製 (2018)
  • Author(s): 西野隆太郎, 小塚裕介, 賀川史敬, 打田正輝, 川﨑雅司
  • Organizer: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Sr2RuO4薄膜の超伝導特性の評価 (2018)
  • Author(s): 井出元晴, 打田正輝, 川村稔, 高橋圭, 小塚裕介, 十倉好紀, 川﨑雅司
  • Organizer: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 分子線エピタキシー法によるSr2RuO4超伝導薄膜の作製 (2018)
  • Author(s): 打田正輝, 井出元晴, 渡邉湖介, 高橋圭, 十倉好紀, 川﨑雅司
  • Organizer: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Quantum Hall states observed in thin films of Dirac semimetal Cd3As2 (2017)
  • Author(s): M. Uchida
  • Organizer: International Conference on Topological Materials Science 2017
  • Place of Presentation: 東京工業大学(東京都目黒区)
  • Year and Date: 2017-05-09
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Metallic domain wall at antiferromagnetic pyrochlore iridate heterointerface (2017)
  • Author(s): M. Uchida
  • Organizer: 2017 MRS Spring Meeting
  • Place of Presentation: フェニックス(アメリカ)
  • Year and Date: 2017-04-17
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Cd3As2薄膜における膜厚に依存した電子構造と量子輸送特性 (2017)
  • Author(s): 中澤佑介, 打田正輝, 西早辰一, 秋葉和人, M. Kriener, 小塚裕介, 三宅厚志, 田口康二郎, 徳永将史, 永長直人, 十倉好紀, 川﨑雅司
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府豊中市)
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] Cd3As2薄膜における量子ホール効果の観測 (2017)
  • Author(s): 打田正輝, 中澤佑介, 西早辰一, 秋葉和人, M. Kriener, 小塚裕介, 三宅厚志, 田口康二郎, 徳永将史, 永長直人, 十倉好紀, 川﨑雅司
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府豊中市)
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] 強誘電体PbTiO3をチャネルとした電気二重層トランジスタの作製 (2017)
  • Author(s): 西野隆太郎, 打田正輝, 小塚裕介, 岩佐義宏, 川﨑雅司
  • Organizer: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-14
• [Presentation] Alloy Disorder Modulated Electron Transport at MgxZn1-xO/ZnO Heterointerface (2017)
  • Author(s): A. Vishnu Radhan, 小塚裕介, 打田正輝, J. Falson, 塚﨑敦, 川﨑雅司
  • Organizer: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-14
• [Presentation] Electronic phase diagram of electron-doped cuprate La2-xCexCuO4 explored by electrolyte gating (2017)
  • Author(s): H. Matsuoka, M. Nakano, M. Uchida, M. Kawasaki, and Y. Iwasa
  • Organizer: 2017 American Physical Society March Meeting
  • Place of Presentation: ニューオーリンズ(アメリカ)
  • Year and Date: 2017-03-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evolution of the Electronic Structure of n-Type BaSnO3 Films With Chemical Doping and Photodoping (2017)
  • Author(s): E. Lochocki, H. Paik, M. Uchida, D. Schlom, and K. Shen
  • Organizer: 2017 American Physical Society March Meeting
  • Place of Presentation: ニューオーリンズ(アメリカ)
  • Year and Date: 2017-03-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ambipolar quantum transport in Cd3As2 field effect transistors (2017)
  • Author(s): S. Nishihaya, M. Uchida, Y. Nakazawa, M. Kriener, Y. Kozuka, Y. Taguchi, and M. Kawasaki
  • Organizer: 2017 American Physical Society March Meeting
  • Place of Presentation: ニューオーリンズ(アメリカ)
  • Year and Date: 2017-03-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Quantum Hall effect in Cd3As2 films (2017)
  • Author(s): M. Uchida, Y. Nakazawa, S. Nishihaya, K. Akiba, M. Kriener, Y. Kozuka, A. Miyake, Y. Taguchi, M. Tokunaga, N. Nagaosa, Y. Tokura, and M. Kawasaki
  • Organizer: 2017 American Physical Society March Meeting
  • Place of Presentation: ニューオーリンズ(アメリカ)
  • Year and Date: 2017-03-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 酸化物エピタキシャル界面における磁気近接効果 (2017)
  • Author(s): 松野丈夫, 大内祐貴, 鈴木基寛, 是常隆, 有田亮太郎, 小塚裕介, 打田正輝, 有馬孝尚, 十倉好紀, 川﨑雅司
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] (Cd1-xZnx)3As2薄膜のカイラル異常とトポロジカル相転移 (2017)
  • Author(s): 西早辰一, 打田正輝, 中澤佑介, 秋葉和人, M. Kriener, 小塚裕介, 三宅厚志, 田口康二郎, 徳永将史, 川﨑雅司
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] Cd3As2薄膜のキャリア制御と量子ホール効果 (2017)
  • Author(s): 西早辰一, 打田正輝, 中澤佑介, M. Kriener, 小塚裕介, 田口康二郎, 川﨑雅司
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体La2-xCexCuO4における電界誘起絶縁体超伝導転移 (2017)
  • Author(s): 松岡秀樹, 中野匡規, 打田正輝, 川﨑雅司, 岩佐義宏
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] SrCoO3薄膜における異常ホール効果 (2017)
  • Author(s): 大内祐貴, 松野丈夫, 小塚裕介, 打田正輝, 川﨑雅司
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 磁気抵抗によるTb2Ir2O7薄膜のall-in-all-out反強磁性ドメインのプローブ (2017)
  • Author(s): 藤田貴啓, 小塚裕介, 松野丈夫, 打田正輝, 塚﨑敦, 有馬孝尚, 川﨑雅司
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 走査型SQUID顕微鏡を用いたTb2Ir2O7薄膜のall-in-all-out反強磁性ドメインの可視化 (2017)
  • Author(s): 小塚裕介, 藤田貴啓, 打田正輝, 野島勉, 塚﨑敦, 松野丈夫, 有馬孝尚, 川﨑雅司
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] パルスレーザー堆積法による高品質Cd3As2薄膜の作製 (2017)
  • Author(s): 中澤佑介, 打田正輝, 西早辰一, M. Kriener, 小塚裕介, 田口康二郎, 川﨑雅司
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Observation of antiparallel Ru-Ir spins in SrRuO3-SrIrO3 heterointerface (2017)
  • Author(s): 大内祐貴, 松野丈夫, 鈴木基寛, 是常隆, 有田亮太郎, 小塚裕介, 打田正輝, 有馬孝尚, 十倉好紀, 川﨑雅司
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Metallic Domain Wall at All-in-all-out Pyrochlore Iridate Heterointerface (2016)
  • Author(s): T. C. Fujita, M. Uchida, Y. Kozuka, W. Sano, A. Tsukazaki, T. Arima, and M. Kawasaki
  • Organizer: 23rd International Workshop on Oxide Electronics
  • Place of Presentation: 南京(中国)
  • Year and Date: 2016-10-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electric Field Control of Anomalous and Topological Hall Effects in SrIrO3/SrRuO3 Heterostructures (2016)
  • Author(s): Y. Ohuchi, J. Matsuno, Y. Kozuka, M. Uchida, Y. Tokura, M. Kawasaki
  • Organizer: 23rd International Workshop on Oxide Electronics
  • Place of Presentation: 南京(中国)
  • Year and Date: 2016-10-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] SrIrO3/SrRuO3ヘテロ構造における異常ホール効果・トポロジカルホール効果の電場変調 (2016)
  • Author(s): 大内祐貴, 松野丈夫, 小川直毅, 小塚裕介, 打田正輝, 十倉好紀, 川﨑雅司
  • Organizer: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] 電解質ゲートによるn型銅酸化物高温超伝導体La2-xCexCuO4の超伝導絶縁体転移制御と電子相図の構築 (2016)
  • Author(s): 松岡秀樹, 中野匡規, 打田正輝, 川﨑雅司, 岩佐義宏
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学(石川県金沢市)
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] MgxZn1-xO/ZnOヘテロ構造を用いた二次元電子系/超伝導接合 (2016)
  • Author(s): 小塚裕介, 阪口敦史, Aswin Vishn Radhan, Joseph Falson, Denis Maryenko, 打田正輝, 塚﨑敦, 川﨑雅司
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学(石川県金沢市)
  • Year and Date: 2016-09-13