低温磁場中走査型トンネル顕微鏡による有機超伝導体の局所状態観察

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14740373
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 米山 直樹 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (80312643)
• Keywords: 有機超伝導体 / 走査型トンネル顕微鏡 / トンネル分光

Research Abstract

1.有機超伝導体κ-(BEDT-TTF)_2X(X=C(NCS)_2,Cu[N(CN)_2]Br)の4.5Kにおける超高真空中STM測定においては、ナノスケールにわたる広いドメイン的構造が観測されたものの、分子解像度はこれまで得られていなかった。これを改善する目的で、機械研磨白金-イリジウム探針の代わりに、電解研磨法によるタングステン探針の自作を試みた。電子ドーム加熱法による表面処理では探針表面の酸化被膜を除去しきれず、半導体的なトンネルスペクトルしか得られなかったが、窒素ガス雰囲気下での探針作製により、HOPGの原子解像度を再現性よく得られた。このタングステン探針を用いることで有機超伝導体においては白金-イリジウム探針の場合に比べてトンネル電流の安定性が格段に向上し、超高真空中での分子像観察にも成功したが、現時点で再現性の点でやや難があり、また超伝導ギャップ構造を示すようなトンネルスペクトルは得られていない。この点は現在導入中の電解イオン顕微鏡による探針研磨で改善できると思われる。
2.Cu[N(CN)_2]Br塩において水素体ドナーおよび重水素体ドナーの混晶による重水素置換効果をSTM/STSで直接観察する目的で、単結晶合成およびその同定を行った。重水素体め比率(x)を増加させるにつれ、T_cの増大が見られた。この増加はx=0.2-0.4で付近でブロードな極大値を持つことから、二種類のドナー混合による乱れの効果は無視できる程度である。このことは徐冷時の超伝導体積分率はx=0.5以下ではほぼ完全反磁性を示すこととあわせて、均一な超伝導相が形成していることを保証する。x=0.0から0.2へ向かうT_cの増大は、相図から予想される化学圧力効果(負圧)を反映している。さらにx〜0.6以上でのT_cの顕著な減少は、超伝導体積分率の落ち込みに見られ非超伝導相による不純物散乱の影響と思われる。

Research Products

• [Publications] N.Yoneyama et al.: "Disorder Effect on the Vortex Pinning by the Cooling Process Control in the Organic Superconductorκ-(BEDT-TTF)_2Cu[N(CN)_2]Br"Journal of Physical Society of Japan. 73,No.1. 184-189 (2004)
• [Publications] N.Yoneyama et al.: "Cooling rate dependence of the in-plane magnetic penetration depth in κ-type BEDT-TTF superconductors"Journal of Physique IV. (印刷中). (2004)
• [Publications] N.Yoneyama et al.: "Substitution Effect by Deuterated Donors on Superconductivity in κ-(BEDT-TTF)_2Cu[N(CN)_2]Br"Journal of Physical Society of Japan. 73,No.5(印刷中). (2004)
• [Publications] N.Yoneyama et al.: "Magnetic phase diagram and superconductivity in κ-type ET salts"Synthetic Metals. 137. 1205-1206 (2003)
• [Publications] N.Yoneyama et al.: "First-order vortex phase transition in κ-type BEDT-TTF organic superconductors"Synthetic Metals. 133-134. 223-224 (2003)