Fabrication of superlattice films of iron-based superconductors

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K17697
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 今井 良宗 東北大学, 理学研究科, 講師 (30435599)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 鉄系超伝導体 / 薄膜 / 人工超格子構造

Outline of Annual Research Achievements

（1）人工超格子を形成するFeSe1-xTex薄膜をフッ化物基板，酸化物基板上に作製し，その基礎物性を評価した．特に輸送特性を精密測定した結果，構造相転移と超伝導とが競合関係にあることを新たに見出した．
（2）障壁層をFeTeとした人工超格子薄膜(FeSe)m-(FeTe)nを作製した．FeSe層の厚さを固定し，FeTe層の厚さを系統的に変化させた人工超格子薄膜では，FeSeを単独で製膜した場合よりは高い超伝導転移温度を有する薄膜を得た．しかし，FeTe層の厚さを変化させても，超伝導転移温度の変化は小さかった．磁場中での電気抵抗率測定から上部臨界磁場の異方性を見積もったところ，FeTe層の厚みを増大させるに連れて，異方性が小さくなることがわかった．これは，FeSe層が超伝導を担っていると考えると，説明できない振舞いである．したがって，FeSeとFeTeとの界面で，SeとTeが相互拡散しており，Seが侵入したFeTe層が超伝導を担っているものと考えられる．
(3) FeTe層の厚さを固定し，FeSe層の厚さを系統的に変化させた人工超格子薄膜で，上部臨界磁場の異方性を見積もったところ，FeSe層の厚さを増大させるに連れて，異方性が増大することが明らかとなった．これは(2)で予想した通り，界面でSeとTeが相互拡散することによって，FeTe層がFe(Se,Te)となることで超伝導を担っていると考えると説明することができる．したがって，FeTeを障壁層とすることは，相互拡散の問題で困難であることがわかった．
(4) 新たに，FeSeと格子定数が近く，また，製膜温度が同程度である材料の中から，障壁層となりうる材料を検討した．(Fe,Co)Seを障壁層として，超格子薄膜を作製したところ，金属的な挙動を示すのみで，超伝導特性を観測することはできなかった．

Remarks

Sci. Rep.誌に出版された論文（タイトル"Control of structural transition in FeSe1-xTex thin films by changing substrate materials"）は，2017年4月21日にプレス公開されます．

Research Products

• [Journal Article] Growth and transport properties of FeSe/FeTe superlattice thin films (2017)
  • Author(s): F. Nabeshima, Y. Imai, A. Ichinose, I. Tsukada, A. Maeda
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 56 Pages: 020308/1-4
  • DOI: 10.7567/JJAP.56.020308
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Control of structural transition in FeSe1-xTex thin films by changing substrate materials (2017)
  • Author(s): Yoshinori Imai, Yuichi Sawada, Fuyuki Nabeshima, Daisuke Asami, Masataka Kawai, Atsutaka Maeda
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 7 Pages: 46653/1-6
  • DOI: 10.1038/srep46653
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Gradual Fermi-surface modification in orbitally ordered state of FeSe revealed by optical spectroscopy (2017)
  • Author(s): M. Nakajima, K. Yanase, F. Nabeshima, Y. Imai, A. Maeda, S. Tajima
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: in-press
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Investigation of Transport Properties for FeSe1-xTex Thin Films under Magnetic Fields (2016)
  • Author(s): Y. Sawada, F. Nabeshima, Y. Imai, A. Maeda
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 85 Pages: 073703/1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.85.073703
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Superconducting properties of FeSe1-xTex films with x = 0-0.4 (2016)
  • Author(s): Y. Imai, Y. Sawada, D. Asami, F. Nabeshima, A. Maeda
  • Journal Title: Physica C Volume: 530 Pages: 24-26
  • DOI: 10.1016/j.physc.2016.05.001
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Transport properties of FeSe1-xTex thin films under magnetic fields up to 8 T (2016)
  • Author(s): Y. Sawada, F. Nabeshima, D. Asami, R. Ogawa, Y. Imai, A. Maeda
  • Journal Title: Physica C Volume: 530 Pages: 27-30
  • DOI: 10.1016/j.physc.2016.02.020
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Origin of lattice compression of FeSe1-xTex thin films on CaF2 substrates (2016)
  • Author(s): I. Tsukada, A. Ichinose, F. Nabeshima, Y. Imai, A. Maeda
  • Journal Title: AIP Advances Volume: 6 Pages: 095314/1-5
  • DOI: 10.1063/1.4963646
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 伸張歪みを受けたFeSe薄膜の輸送特性 (2017)
  • Author(s): 川合将敬, 浅見大亮, 鍋島冬樹, 今井良宗, 前田京剛
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] Fe(Se,Te)薄膜の光学スペクトル (2017)
  • Author(s): 柳瀬和哉, 中島正道, 川合将敬, 浅見大亮, 鍋島冬樹, 今井良宗, 前田京剛, 宮坂茂樹, 田島節子
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] 梯子型鉄系化合物BaFe2X3 (X = S, Se)の磁気特性 (2017)
  • Author(s): 橋詰和樹, 今泉聖司, 五十嵐馨, 青山拓也, 今井良宗, 木村尚次郎, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] 基板材料による FeSe1-xTex の構造相転移の制御 (2017)
  • Author(s): 鍋島 冬樹、川合 将敬、浅見 大亮、今井 良宗、前田 京剛
  • 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 – 2017-03-17
• [Presentation] Superconductivity fluctuation of FeSe1-xTex as a function of x measured by microwave conductivity (2017)
  • Author(s): A. Maeda, F. Nabeshima, K. Nagasawa,D. Asami, M. Kawai, Y. Imai
  • Organizer: American Physical Society March Meeting 2017
  • Place of Presentation: Ernest N. Morial Convention Center, New Orleans, LA, USA
  • Year and Date: 2017-03-13 – 2017-03-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Suppression of phase separation and whole phase diagram in FeSe1-xTex thin films on LaAlO3 substrates (2017)
  • Author(s): Y. Imai, F. Nabeshima, Y. Sawada, D. Asami, M. Kawai, A. Maeda
  • Organizer: American Physical Society March Meeting 2017
  • Place of Presentation: Ernest N. Morial Convention Center, New Orleans, LA, USA
  • Year and Date: 2017-03-13 – 2017-03-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Critical temperature variation with a thickness tuned by electrochemical etching in FeSe1-xTex thin film on various substrates (2016)
  • Author(s): Shunsuke Kohno, Daisuke Asami, Fuyuki Nabeshima, Yoshinori Imai, Atsutaka Maeda, Kazunori Ueno
  • Organizer: 29th International Superconductivity Symposium (ISS2016)
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム (東京都千代田区)
  • Year and Date: 2016-12-13 – 2016-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] マイクロ波伝導度スペクトロスコピーによるFeSe薄膜の超伝導ゆらぎの研究 (2016)
  • Author(s): 長澤幸祐, 鍋島冬樹, 川合将敬, 浅見大亮, 今井良宗, 前田京剛
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] FeSe薄膜の赤外分光測定 (2016)
  • Author(s): 中島正道, 柳瀬和哉, 鍋島冬樹, 今井良宗, 前田京剛, 田島節子
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] Fe(Se,S)単結晶薄膜の育成とその輸送特性 (2016)
  • Author(s): 鍋島冬樹, 川合将敬, 浅見大亮, 今井良宗, 前田京剛
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] FeSe1-xTex薄膜の電気化学的エッチングによる超伝導転移温度制御 (2016)
  • Author(s): 河野 駿介、浅見 大亮、鍋島 冬樹、今井 良宗、前田 京剛、上野 和紀
  • 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 – 2016-09-16
• [Presentation] [講演奨励賞受賞記念講演]乱れの多い鉄系超伝導体の磁束フロー (2016)
  • Author(s): 岡田 達典、鍋島 冬樹、今井 良宗、前田 京剛
  • 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 – 2016-09-16
• [Presentation] 鉄系超伝導体FeSeを用いた人工超格子薄膜の作製およびその輸送特性 (2016)
  • Author(s): 浅見 大亮、鍋島 冬樹、今井 良宗、花輪 雅史、一瀬 中、塚田 一郎、前田 京剛
  • 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 – 2016-09-16
• [Presentation] 相分離を抑制した鉄カルコゲナイド薄膜の超伝導 (2016)
  • Author(s): 今井良宗
  • Organizer: 高温超伝導フォーラム第4回会合
  • Place of Presentation: 金沢勤労者プラザ（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-12 – 2016-09-12
  • Invited
• [Presentation] Suppression of phase separation and enhanced Tc in FeSe1-xTex thin films (2016)
  • Author(s): Yoshinori Imai
  • Organizer: 2016 EMN Prague Meeting
  • Place of Presentation: Grandior Prague Hotel, Prague, Czech Republic
  • Year and Date: 2016-06-21 – 2016-06-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Optical study of FeSe thin film on CaF2 substrate (2016)
  • Author(s): Masamichi Nakajima, Kazuya Yanase, Fuyuki Nabeshima, Yoshinori Imai, Atsutaka Maeda, Setsuko Tajima
  • Organizer: 11th International Conference on Spectroscopies in Novel Superconductors (SNS 2016)
  • Place of Presentation: Conference Forum Schlosspark, Stuttgart/Ludwigsburg, Germany.
  • Year and Date: 2016-06-19 – 2016-06-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 相分離を抑制した鉄カルコゲナイド薄膜の超伝導 (2016)
  • Author(s): 今井良宗
  • Organizer: 第57回化合物新磁性材料専門研究会「新原理・新手法による新規機能性材料の創出」
  • Place of Presentation: 東京大学浅野キャンパス 情報基盤センター（東京都文京区）
  • Year and Date: 2016-06-15 – 2016-06-15
  • Invited
• [Presentation] Superconductivity fluctuation of FeSe1-xTex measured by microwave broadband technique (2016)
  • Author(s): Atsutaka Maeda, Fuyuki Nabeshima, Kosuke Nagasawa, Yoshinori Imai
  • Organizer: International Conference on Low-Energy Electrodynamics in Solids, 2016 (LEES 2016)
  • Place of Presentation: ラフォーレ琵琶湖 (滋賀県守山市)
  • Year and Date: 2016-05-29 – 2016-06-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optical spectroscopy of FeSe thin film (2016)
  • Author(s): Masamichi Nakajima, Kazuya Yanase, Fuyuki Nabeshima, Yoshinori Imai, Atsutaka Maeda, Setsuko Tajima
  • Organizer: International Conference on Low-Energy Electrodynamics in Solids, 2016 (LEES 2016)
  • Place of Presentation: ラフォーレ琵琶湖 (滋賀県守山市)
  • Year and Date: 2016-05-29 – 2016-06-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Huge Superconductivity Fluctuation in Fe(Se,Te) Films (2016)
  • Author(s): Atsutaka Maeda, Yoshinori Imai, Fuyuki Nabeshima, Yuichi Sawada, Daisuke Asami, Kosuke Nagasawa
  • Organizer: 5th International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM2016)
  • Place of Presentation: Fethiye, Turkey
  • Year and Date: 2016-04-24 – 2016-04-30
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Funded Workshop] American Physical Society March Meeting 2017 (2017)
  • Place of Presentation: Ernest N. Morial Convention Center, New Orleans, LA, USA
  • Year and Date: 2017-03-13 – 2017-03-17
• [Funded Workshop] 2016 EMN Prague Meeting (2016)
  • Place of Presentation: Grandior Prague Hotel, Prague, Czech Republic
  • Year and Date: 2016-06-21 – 2016-06-24