2017 Fiscal Year Research-status Report
verification of the superconducting symmetry of two-dimensional superconductor under strong electric field
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17K05551
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| Research Institution | Japan Women's University |
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Principal Investigator |
石黒 亮輔 日本女子大学, 理学部, 准教授 (40433312)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高柳 英明 東京理科大学, 研究推進機構総合研究院, 教授 (70393725)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超伝導接合 / 界面電子構造 / 二硫化モリブデン / 電気二重層トランジスタ / 反転対称性の破れ / 遷移金属ダイカルコゲナイト / ジョセフソン接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、「電気二重層トランジスタ構造における電極チャネル界面の電子構造を明らかにすること」と「電気二重層トランジスタ構造における電極を超伝導電極としチャネルに誘起すると考えられる空間反転対称性の破れた超伝導状態の超伝導対称性の検証」の二つを目標としている。これらの目標を実現するために、「酸化亜鉛を用いたEDLT 構造と従来型超伝導体であるNb との接合」と「カルコゲナイド系層状物質MoS2 を用いたEDLT 構造とアルミニウムとの接合」の作製プロセスの確立し、低温における電気輸送特性の評価を行った。
「カルコゲナイド系層状物質MoS2を用いたEDLT 構造とアルミニウムとの接合」では、電界効果によってキャリア誘起したMoS2において、「超伝導Al/金属MoS2/超伝導Al接合」、「超伝導Al/超伝導MoS2/超伝導Al接合」のいずれにおいても明確な超伝導電流が観測された。これは電気二重層トランジスタ構造における超伝導電極とチャネルとがコヒーレントに結ばれたことを意味する。また、金属電極とMoS2の界面に超伝導状態が誘起されていることも発見した。
酸化亜鉛を用いたEDLT 構造と従来型超伝導体であるNb との接合では、その微分抵抗曲線が磁場によって磁束量子に対応する周期で変調を受けることを確認した。これは電気二重層トランジスタにおける酸化亜鉛チャネルを挟んだ接合においてジョセフソン効果が起きていることを示しており、チャネルを挟んでコヒーレントにつながることが示せたといえる。さらに、この接合においても電極下の界面状態が重要な役割を果たしていることも明らかにした。
本研究成果は、国内会議、国際会議等で発表しており、特に研究協力者の相川夕美花氏(M1)はスウェーデン、ヨーテボリで開かれた国際会議LT28において本研究成果の発表によりBest Poster Awardを受賞している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
酸化亜鉛を用いたEDLT 構造と従来型超伝導体であるNb との接合では、その微分抵抗曲線が磁場によって磁束量子に対応する周期で変調を受けることを確認した。これは電気二重層トランジスタにおける酸化亜鉛チャネルを挟んだ接合においてジョセフソン効果が起きていることを示しており、チャネルを挟んでコヒーレントにつながることが示せたといえる。さらに、この接合においては電極下の界面状態が重要な役割を果たしていることも明らかにした。
カルコゲナイド系層状物質MoS2を用いたEDLT 構造とアルミニウムとの接合においても、ジョセフソン接合が実現していることを示した。さらに、予期しなかった電極チャネル界面における新しい超伝導状態を発見した。このジョセフソン接合の磁場応答より、既に非従来型に特徴も観測されている。
上記の理由により、当初の計画以上に順調に研究が進んでいるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
「カルコゲナイド系層状物質MoS2を用いたEDLT 構造とアルミニウムとの接合」と「酸化亜鉛を用いたEDLT 構造と従来型超伝導体であるNb との接合」の両方でその存在が明らかになった金属電極下の界面状態についての詳細を調べる必要がある。当初の目論見では、金属電極とチャネル間はショットキー障壁を挟んで直接電気輸送が行われると考えていたが、間に界面状態が存在し、界面状態を通じて電気輸送が行われていることが明らかになりつつある。今後はこの界面状態の存在を前提に、超伝導対称性の検証を行っていく必要がある。
また、特に「カルコゲナイド系層状物質MoS2を用いたEDLT 構造とアルミニウムとの接合」における界面状態は新しい超伝導状態になっており、また、反転対称性の破れによるスピン軌道相互作用の影響を強く受けた超伝導状態であることが予想される。このため、当初のイオンゲートによる電界誘起超伝導状態の対称性の検証のほか、電極下の超伝導状態の超伝導対称性の検証も併せて行う必要がある。
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| Causes of Carryover |
昨年度は、研究が進展したため前倒し請求を行ったが、消耗品や施設利用料について前倒し請求時点より少なかったため、繰り越しが生じた。
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