2017 Fiscal Year Annual Research Report
電気二重層トランジスタ構造を用いた新規鉄系超伝導体の探索
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17J10139
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
半沢 幸太 東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2019-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 分子線エピタキシー法 / エピタキシャル成長 / 電気二重層トランジスタ / キャリアドーピング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最近、電気二重層トランジスタ構造を用いたキャリアドーピングを行うことで高い超伝導臨界温度を発現することが見いだされたFeSeに対して、その超伝導発現機構解明、並びに新たな電界誘起超伝導体発見を目的として、異なる格子歪みや表面形態を有するFeSeをチャネル層に用いた電気二重層トランジスタの作製とゲート電界印加時の物性評価を行った。分子線エピタキシー法を用いてSrTiO3単結晶基板上にFeSeをエピタキシャル成長させた結果、薄膜成長速度といった成長条件を調整することにより成長過程で導入される格子歪みや表面形態を制御することに成功した。成長条件の異なるFeSeチャネル層を用いて電気二重層トランジスタを作製し、正のゲート電界を印加した結果、すべてのデバイスにおいてバルク体で観測される超伝導臨界温度である8Kより遥かに高い超伝導転移が観測されたが、その最大温度は35Kから20Kと異なることが明らかになった。広範囲においてファセット構造を有するほど表面平坦かつ高い結晶性の試料のみ最大の超伝導臨界温度35Kを示すことを見出した。さらにチャネル表面に多数の空孔が存在する場合や特異に格子歪みが導入されていることによって、発現する超伝導臨界温度が下がることが明らかにした。その原因が誘起される電子密度に違いが生まれることであり、その他の高温超伝導体と同様に本超伝導体が最適なキャリア濃度でのみ最大の臨界温度を示すことを実証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度の目的であったFeSeを用いた電気二重層トランジスタの電界下での詳細な物性評価を行うことで、高い温度での超伝導転移発現のためにはチャネル層が高い表面平坦性と結晶性有する必要があることを明らかにした。これはFeSeのみならず、他の物質を用いた電気二重層トランジスタ作製においても同様に重要なパラメーターであり、次年度以降取り組み予定の類似化合物を対象とした超伝導体の探索に際し有利に働く。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度取り組んできたFeSe電気二重層トランジスタにおける最高超伝導転移温度を実現するチャネル層条件最適化の結果を踏まえ、類似化合物における電界誘起超伝導の発現を目指す。BaFe2S3やLaMnAsOといった電子相関の強いFe系またはその類似化合物の絶縁体母相を対象とし、表面平坦かつ高い結晶性を有するエピタキシャル薄膜を作製する。電気二重層トランジスタを用いてキャリアドーピングを行うことにより超伝導に代表される物性変化を観測しながら、結果を母相候補物質選択へとフィードバックし、最終的に鉄系超伝導体における最大超伝導臨界温度55Kを超える超伝導転移の観測を目指す。
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