極低温化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

1995 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 / ボ-ズグラス相 / ボルテックスグラス相 / 混合状態

Research Abstract

平成6年度に製作した「極低温蒸着装置」を用いることにより、限りなく理想的な2次元系に近い超薄膜や超微粒子膜(すべてインジウム)を急冷蒸着によって成膜し、500mK迄の極低温、最大11テスラの磁場中における電気抵抗、ホール抵抗およびトンネル状態密度のその場測定を行うことが可能となった。その結果7年度には、量子ゆらぎ、および熱ゆらぎに起因する以下の2つの相転移を見い出すことができた。
1 「2次元超伝導体の超伝導絶縁体(SI)転移」に関する研究
乱れだけを広範囲に変化させた2次元超伝導体を準備することに成功し、1K以下の極低温で、電気抵抗は発散するがホール抵抗はゼロに向かう新しい絶縁体相が存在することを発見した。このSI転移点近傍でトンネルスペクトルスコピーも併せて行うことによって、超伝導エネルギーギャップの有無を調べた結果、この相が量子ゆらぎに起因するク-パ-対の局在したボ-ズグラス相である可能性を実験的に示した。
2 「ボルテックスグラス(VG)転移」に関する研究
比較的厚いインジウム膜の、混合状態における非線形抵抗を広い温度磁場範囲で調べることによって、熱ゆらぎの小さい(低T_cの)従来型超伝導体においてもVG-液体転移が起こることを見い出し、VG転移が乱れた超伝導体の混合状態における普遍的な性質であることを明らかにした。さらに、膜厚と平均粒径を独立に変化させることによって、系の次元性と粒径がVG転移に及ぼす影響を調べた結果、2次元系、およびジョセフソンネットワーク系とみなせる3次元系ではVG転移が観測されないことがわかった。これらの結果は、すべてVG理論によって統一的に説明することができた。
本研究によって、超伝導が消失する付近の電子状態に関する多くの知見が得られたが、量子ゆらぎの効果、特にボ-ズグラス相の確証を得るためには、今後、希釈冷凍機温度(10mK)における研究が必要である。

Research Products

• [Publications] S.Okuma: "Quantum Fluctuations of the Phese near the S-I Transition in 2D" Advances in Superconductivity VIII. 1. 53-56 (1996)
• [Publications] S.Okuma: "The Vortex-Glass Transition in Low Temperature Superconductors" Advances in Superconductivity VIII. 1. 541-544 (1996)
• [Publications] S. Okuma: "Unusual Insulating Phase at Low Temperature in Thin Indium Films" Phys. Rev.B51. 15415-15419 (1995)
• [Publications] S. Okuma: "Dimensionality Crossover of the Nonlinear Resistance in Quench-Condensed Indium Films" J. Phys. Soc. Jpn.64. 3397-3402 (1995)
• [Publications] S.Okuma: "Field-Induced Superconductor-Insulator Transition and Grain Size in Thin Granular Films of Indium" Solid State Commun.93. 1019-1023 (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: "Distinct Insulating Phase at Low Temperature in Thin Superconducting Films" Advances in Superconductivity VII. 1. 117-121 (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: "Suppression of Superconductivity by Msgnetic Field in Quench-Condensed Ultrathin Films of Indium" Mater. Sci. Eng.B25. 187-191 (1994)
• [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] 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: "In薄膜におけるSI転移:ゆらぎ、次元性、臨海的挙動" 東京工業大学極低温システム研究センターだより. 9. 129-139 (1995)
• [Publications] 小久保伸人: "2次元超伝導体における磁場印加超伝導絶縁体転移" 物性研究. 64. 282-307 (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)