Ce1-xLaxB6/SrB6超格子の次元性制御による八極子秩序の抑制

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K05456
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 宍戸 寛明 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80549585)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 重い電子系 / 薄膜製膜 / 近藤絶縁体 / 近藤トポロジカル絶縁体

Outline of Annual Research Achievements

基板としてSi(001)を用いることにより分子線エピタキシー法によりCeB6，SmB6およびSrB6のエピタキシャル薄膜を得た．原料となる希土類とBはそれぞれ独立にクヌードセンセル(Kセル)による加熱蒸着源から供給し，原子の供給速度をKセルの温度コントロールにより精密に制御した．基板温度は1000℃で蒸着を行った．このような高い基板温度下では一般に蒸気圧の高いSmやSrの基板上での再蒸発による欠損が危惧されるが，CeB6のみならずSmB6，SrB6共に科学量論比通りの希土類:B=1:6の蒸着速度でエピタキシャル膜を得た．蒸着は10^-7 Pa程度の超高真空化で行った．Bは蒸気圧が低く，高温Kセルで到達可能な温度では昇華による極めて遅い蒸着速度しか得られない．しかしながら，超高真空下でKセルによる加熱蒸着により長時間の安定したフラックスを得ることにより，安定した膜成長を実現した．得られた膜の構造はX線回折によりその構造を評価した．X線回折の結果から基板の面直方向(Si[001])に対してはRB6[001]が配向したドメインと[-110]が配向したドメインの混交がいずれの希土類硼化物でも観測された．面内においてはSi基板[110]に対してRB6(R:希土類)薄膜[100]が配向する傾向が強い．これはどのドメインでも同様である．そのためRB6[001]//Si[001]のドメインでは面内配向性はRB6[100]/Si[110]でエピタキシャル成長した．これに対してRB6[-110]//Si[001]のドメインでは(-110)面は2回対称であるため，面内でRB6[100]//Si[110]のドメインとRB6[110]//Si[110](RB6[100]//Si[-110])の２つのドメインが生じる．そのため合計３つのドメインが混交してエピタキシャル成長することを明らかにした．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

希土類六硼化物薄膜についてエピタキシャル製膜技術の開発に成功した．これは多極子秩序を示すCeB6のみならず近藤絶縁体SmB6, 通常のバンド絶縁体SrB6も含まれる．更にこれらの希土類六硼化物薄膜の育成条件はほぼ同様であり，同じ基板温度で育成可能であることも明らかになった．これにより本研究で目指す多極子秩序を示す希土類六硼化物の人工超格子の製膜に発展させる準備が整ったといえる．

Strategy for Future Research Activity

28年度で確立された希土類六硼化物薄膜の成膜技術により多極子を示す重い電子系希土類六硼化物と通常のバンド絶縁体となる希土類六硼化物が交互に積層した人工超格子を作製する．人口超格子の重い電子系層の厚みを徐々に薄くすることにより次元性を３次元から２次元へと連続的に変化させ，多極子秩序の抑制とそれに伴う電子状態の変化について電気抵抗率測定から明らかにする．

Causes of Carryover

本研究の遂行のためにはBを蒸着するための高温Kセルが必須である．この高温Kセルを安定的に使用するためには定期的なメンテナンスと消耗部品の交換が欠かせない．またB用のるつぼについてもBの熱膨張と高温での消耗により定期的な交換が欠かせない．これらの費用を見込んでいたが本年度中の実際の消耗は見込みを下回ったため次年度使用額が生じた．

Expenditure Plan for Carryover Budget

前述の通り本年度で見込んでいた消耗が実際には見込みを下回った．しかしながら確実にB用のるつぼやヒータなどの消耗は進んでおり，次年度中での交換が必要と考えられる．繰り越し分を用いてこれらの消耗品の購入を行う予定である．

Research Products

• [Journal Article] Neutron flux spectrum revealed by Nb-based current-biased kinetic inductance detector with a 10B conversion layer (2017)
  • Author(s): S. Miyajima, H. Shishido, Y. Narukami, N. Yoshioka, A. Fujimaki, M. Hidaka, K. Oikawa, M. Harada, T. Oku, M. Arai, T. Ishida
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A Volume: 842 Pages: 71-75
  • DOI: doi.org/10.1016/j.nima.2016.10.045
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ginzburg-Landau calculations of circular Mo80Ge20 plates with sector defect (2016)
  • Author(s): V. T. Dang, H. T. Huy, H. Matsumoto, H. Miyoshi, S. Miyajima, H. Shishido, M. Kato, T. Ishida
  • Journal Title: Physics Procedia Volume: 81 Pages: 93-96
  • DOI: 10.1616/j.phpro.2016.04.036
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of a neutron imager based on superconducting detectors (2016)
  • Author(s): S. Miyajima, H. Yamaguchi, H. Nakayama, H. Shishido, A. Fujimaki, M. Hidaka, M. Harada, K. Oikawa, T. Oku, M. Arai, T. Ishida
  • Journal Title: Physica C Volume: 530 Pages: 98-100
  • DOI: doi.org/10.1016/j.physc.2016.05.022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vortex distribution in small star-shaped Mo80Ge20 plate (2016)
  • Author(s): T. D. Vu, H. Matsumoto, H. Miyoshi, H. T. Huy, H. Shishido, M. Kato, T. Ishida
  • Journal Title: Physica C Volume: 533 Pages: 44-48
  • DOI: doi.org/10.1016/j.physc.2016.07.020
  • Peer Reviewed
• [Presentation] CeCoIn5薄膜におけるブロードなNQRスペクトルと核スピン 格子緩和率の分布 (2017)
  • Author(s): 山中隆義, 下澤雅明, 遠藤僚太, 水上雄太, 宍戸寛明, 北川俊作, 池田浩章, 芝内孝禎, 寺嶋孝仁, 松田祐司, 石田憲二
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府豊中市)
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] 分子線エピタキシー法によるMB6 (M:Sm, La)の作製と評価 (2017)
  • Author(s): 幸塚祐哉, 宍戸寛明, 中神嵩俊, 石田武和
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府豊中市)
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] 重い電子系超伝導体CeCoIn5 のH-T 相図における高温超伝導体との類似性 (2017)
  • Author(s): 宍戸寛明, 山田章悟，下澤雅明， 杉井かおり， 柳瀬陽一， 山下穣
  • Organizer: ワークショップ「ナノ構造超伝導体中の渦糸物理」
  • Place of Presentation: 大阪府立大学(大阪府堺市)
  • Year and Date: 2017-01-29 – 2017-01-30
• [Presentation] Epitaxial growth of superconducting MgB2 thin films with a Mg buffer layer at 110°C (2016)
  • Author(s): H. Shishido, T. Nakagami, T. Yoshida, T. Ishida
  • Organizer: The 29th International Symposium on Superconductivity (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] Neutron detection by using the Superconducting Nb-based Current Biased Kinetic Inductance Detector (2016)
  • Author(s): H. Shishido, H. Yamaguchi, Y. Miki, S. Miyajima, K. Oikawa, M. Harada, M. Hidaka, T, Oku, M. Arai, A, Fujimaki, T. Ishida
  • Organizer: The 3rd International Workshop on Superconducting Sensors and Detectors
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所つくばキャンパス 茨城県つくば市
  • Year and Date: 2016-11-14 – 2016-11-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 超伝導中性子検出器によるイメージングのためのKalliope-DC処理系 (2016)
  • Author(s): 宍戸寛明, 山口裕之, 三木悠矢, 宮嶋茂之, 小嶋健児, 李 華，鈴木（山形）聡, 内田智久, 田中真伸, 日高睦夫, 及川健一, 原田正英, 奥隆之, 新井正敏, 石田武和
  • Organizer: 計測システム研究会
  • Place of Presentation: KEK東海キャンパス 茨城県那珂郡東海村
  • Year and Date: 2016-10-13 – 2016-10-14
• [Presentation] RCoIn5薄膜（R = Ce, Yb）における核四重極共鳴測定 (2016)
  • Author(s): 山中隆義, 下澤雅明, 北川俊作, 遠藤僚太, 水上雄太, 宍戸寛明, 芝内孝禎, 寺嶋孝仁, 松田祐司, 石田憲二
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学(石川県金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] Ce(Co1-xCux)5における強磁性近傍の重い電子状態 (2016)
  • Author(s): 宍戸寛明, 篁雅人, 松本宗久, 上野哲朗 斉藤耕太郎, 石田武和
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学(石川県金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] NMR and NQR studies on heavy fermion superlattices CeCoIn5/YbCoIn5 (2016)
  • Author(s): T. Yamanaka, M. Shimozawa, R. Endo, Y. Mizukami, H. Shishido, T. Terashima, T. Shibauchi, Y. Matsuda, K. Ishida
  • Organizer: International Conference on Strong Correlated Electron Systems (SCES2016)
  • Place of Presentation: Zhejiang University, Hangzhou, China
  • Year and Date: 2016-05-08 – 2016-05-13
  • Int'l Joint Research