2次元 アモルファス タングステン 超薄膜の超伝導-絶縁体転移

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08640442
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 桑沢 好則 千葉大学, 理学部, 助教授 (60009602)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野島 勉 千葉大学, 理学部, 助手 (80222199)
• Keywords: 超伝導 / 絶縁体 / SI転移 / 薄膜 / 臨界面抵抗 / 面抵抗 / 超伝導オーダーパラメーター / 位相ゆらぎ

Research Abstract

本研究ではアモルファス・タングステン(a-W)超薄膜をSi/a-W/Siサンドイッチ形態で作製した。Si膜厚を5nmに固定し、a-W膜の厚さd_wを1nm〜10nmの間で変化させた試料を超高真空蒸着法で用意した。
1.Disorder誘発型超伝導・絶縁体転移(SIT)の観察
ゼロ磁場中での面抵抗の温度依存性をすべての試料について0.1Kから5.0Kの温度領域で測定した。その結果、W膜厚が1.2nm以上の領域で超伝導を示し、それ以下の膜厚d_w=1nmでは超伝導が消失し、面抵抗の温度依存性がexp(T^<-1/3>)則に従う二次元variable range hopping電気伝導を示した。超伝導を示す領域では超伝導臨界温度の4.2Kの常伝導面抵抗依存性から臨界温度が消失すると推測される面抵抗を見積もると理論から計算される超伝導-絶縁体転移の臨界面抵抗R_Q=6.45KQに近い値を示した。したがって、ゼロ磁場での面抵抗の温度依存性から、この系は膜厚を制御による典型的なdisorder誘発型超伝導・絶縁体転移を示す系であることが確認された。
2.磁場誘発型超伝導・絶縁体転移の観察
超伝導を示す試料について、磁場印加による超伝導-絶縁体転移をしらべた。その結果、W膜厚が1.2〜3.0nmにおいて、磁場誘発型SITが観測された。これが超伝導オーダーパラメーターの位相ゆらぎに原因した現象であるかどうかはFisherらが理論的提案しているスケーリング則を適用して解析を試みた。その結果、2nm以下の膜厚領域では良くスケーリング則に従い、超伝導から絶縁体に相転移を起す臨界磁場B_cを見い出した。しかし、B_cにおける面抵抗は理論値である臨界面抵抗R_Q=6.45KQに一致しなかった。
3.今後の課題
Si/a-W/Si系がDisorderと磁場の両誘発型超伝導-絶縁体転移を一つの系でもつことが発見されたが、上記の知見を基により詳細な電気伝導機構を実験的にしらべ、理論的計算と対応しながら探求してゆく必要がある。

Research Products

• [Publications] Y.Kuwasawa et al.: "Superconductor-insulator transition of ultra thin amorphous W film in Si/a-W/Si sandwich structure" Localization'96',Inst. of Phys. Polish Academy. Proceeding. 189-190 (1996)
• [Publications] Y.Matsuo et.al.: "Effect of interiayer coupling on nonlinear I-V characteristics in amorphous W/Si multilayer" Gzechoslovak Journal of Physics. 46巻. 747-745 (1996)
• [Publications] Y.Matsuo et.al.: "Current-voltage characteristics and layer coupling in amorphous W/Si Multilayers" Physica C. (in press). (1997)
• [Publications] 桑沢好則 他: "アモルファスW超薄膜における超伝導-絶縁体転移" 日本物理学会秋の分科会予稿集. 第3分冊. 503-503 (1996)