極低温下における超伝導超薄膜・超微粒子膜の創製および電子状態の研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06452058
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 大熊 哲 東京工業大学, 極低温システム研究センター, 助教授 (50194105)
• Keywords: 2次元超伝導体、 / 超薄膜、 / 超微粒子膜 / 超伝導絶縁体転移 / ホール抵抗 / スケーリング則 / 渦糸 / 電子局在

Research Abstract

超高真空仕様の「極低温蒸着装置(Cryogenic Evaporator)」を製作し、できるだけ理想的な2次元系に近い超薄膜や超微粒子膜を、極低温基板上への急冷蒸着によって作成することに成功した。この装置は、超伝導磁石を取付けた^3He冷却器の断熱容器内部に、真空蒸着用の抵抗加熱ヒーターを導入したもので、周囲が液体ヘリウムで囲まれた状態で真空蒸着を行うので、極低温かつ超高真空下の清浄な雰囲気中で成膜およびその場測定ができる。これにより、膜厚1nm程度で電気的につながり、3nm程度で超伝導特性を示すアモルフアスのインジウム超薄膜を作成し、500mk迄の極低温、最大11テラスの磁場中における、その場での超伝導特性測定を行うことが可能となった。
[成果の概要]1.「2次元超伝導体の超伝導絶縁体(SI)転移」に関する研究
汚れた2次元超伝導体では、磁場印加によるSI転移はFisherらの相転移のスケーリング則によく従うが、ジョセフソンネットワーク系では、これからずれることを見い出した。さらに、ホール抵抗の測定より、SI転移近傍に新しい絶縁体相を発見し、これがボ-ズグラス相である可能性を示した。
2.「マイスナー相におけるI-V特性の次元依存性」に関する研究
マイスナー相における非線形抵抗の膜厚依存性を系統的に調べることによって、渦糸状態がKosterlitz-Thouless(2次元)的なvortex-antivortex対[3]からvortex loop(3次元)的なものにクロスオーバーしていくことを初めて見い出した。
3.「混合状態におけるホール抵抗のスケーリング則」に関する研究
酸化物超伝導体だけでなくlow-T_cのインジウム薄膜でも、電気抵抗とホール抵抗との間に簡単なべき乗則が成り立つことを見い出し、これより、(1)このスケーリング(べき乗)則が超伝導体の混合状態における普遍的な性質であること、(2)その説明にvoretex-glass転移を必要としないこと、そして(3)酸化物超伝導体で問題になっているホール効果の符号反転の問題とは無関係であることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] S.Okuma: "Superconductor-Insulator Transition by Magnetic-Field-Tuning in Two-Dimensional Films" Advances in Superconductivity VI. 1. 115-118 (1994)
• [Publications] S.Okuma: "Power-Law Behaviors of I-V Characteristics and Magnetoresistance in Thin Indium Films" Advances in Superconductivity VI. 1. 119-122 (1994)
• [Publications] S.Okuma: "Suppression of Superconductivity by Magnetic Field in Quench-Condensed Ultrathin Films of Indium" Materials Science and Engineering. B25. 187-191 (1994)
• [Publications] S.Okuma: "Field-Induced Superconductor-Insulator Transition and Grain Size in Thin Granular Films of Indium" Solid State Communications. 93. 1019-1023 (1995)
• [Publications] S.Okuma: "Distinct Insulating Phase at Low Temperature in Thin Superconducting Films" Advances in Superconductivity VII. 1. 117-120 (1995)
• [Publications] S.Okuma: "Scaling of the Hall Resistance in the Mixed State of Indium Films" Advances in Superconductivity VII. 1. 113-116 (1995)
• [Publications] S.Okuma: "Thickness Dependence of the I-V Characteristics in Indium Films" Advances in Superconductivity VII. 1. 121-124 (1995)
• [Publications] S.Okuma: "Unusual Insulating Phase at Low Temperature in Thin Indium Films" Physical Review B. in press (1995)
• [Publications] 大熊 哲: "極低温蒸着装置を用いた2次元超伝導体の研究" 東京大学低温センターだより. 19. 5-13 (1995)
• [Publications] 大熊 哲: "研究報告" 東京工業大学極低温システム研究センターだより. 8. 117-128 (1994)