2020 Fiscal Year Research-status Report
High temperature atomic layer superconductivity realized with hydrogenation
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18K18732
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
秋山 了太 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40633962)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2022-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 2次元超伝導 / 原子層物質 / 界面超伝導 / カルコゲナイド / 水素 / チタン酸ストロンチウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではまずFeSe薄膜を作製し、電気伝導特性を測定するところから始めるが、FeSeの作製は比較的容易ではあるものの下地のSrTiO3の微妙な表面状態の準備が困難であった。まずノンドープ基板をセットして適切なキャリアドープで止めるようなアニールを行うが、これが困難でr13xr13の表面超構造を作製し、その上にFeSe膜を作成する技術確立に時間を要した。また基板が透明であるため温度を測定するのも容易ではなく、工夫を要した。しかし、適切な酸素雰囲気と基板温度下でr13xr13の清浄表面を得ることに成功したため、FeSe薄膜作製技術の開発に移り、無事に作製に成功した。その後、1－10TLのFeSeの電気伝導を独立4探針in situ測定によって観測した。その結果、多くは半導体的挙動を示すことが分かった。これはFeSe薄膜が薄いために部分的につながっていないことが影響していると考えられ、過去の報告の多くは多かれ少なかれSrTiO3基板を導電的に処理してから測定が行われていることからも推察された。そのため、膜厚を多めにする、試料内で基板の伝導度が比較的高そうな場所で測定するなどして超伝導が起きている場合は抵抗変化が観察できないか試みた。結果、1/100程度まで低温での抵抗を落とすことに成功したが、超伝導ドロップは観察できなかった。これはFeSeとSrTiO3の界面のキャリアドープが未だ不十分であることや、FeSe膜上の過剰Seがキャリアの電子を吸ってしまっていることが考えられることから、FeSe作製後のアニール時間や温度の最適化、基板の導電性をもっと高めるなどして改良していくことが必要だと判明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
SrTiO3基板に対して水素を照射して、絶縁基板を導電化することについては成功しているが、その水素化SrTiO3基板上にFeSeを作製するところには未だ至っていない。理由としては、まずはFeSe薄膜の超伝導を観測しようと試みたが、抵抗が高く超伝導ドロップを観測できなかった事が挙げられる。これには様々な技術的要因があるが、何れにせよ最終的にFeSeにドープされたキャリアが少ないことが直接的原因と考えられ、この改善のための課題は浮き彫りになった。今後もそれらを踏まえて研究を継続していく。
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| Strategy for Future Research Activity |
本科研費によって、研究の準備や手法の開発、課題の洗い出しには成功しているので、超伝導実現までは実験はさほど費用をかけずに進められると考えられる。基板のより良い処理方法、FeSe薄膜のより高いキャリア密度を目指して、作製条件をもう一度見直し、なんとか水素化界面による影響を評価したいと考えている。何れにせよ本系は2次元性が高く界面が重要であることは過去研究からも示唆されているので、キャリアドープの期待できそうな界面を創出してFeSeを蒸着し超伝導転移温度の変化を検証していきたい。
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| Causes of Carryover |
コロナウィルスの感染拡大によって研究計画に変更が生じ、計画が伸びたことによって助成金を次年度に使用することとした。研究計画としては引き続き、FeSe薄膜の安定的成長と、SrTiO3基板上に水素を修飾した下地の上にFeSe薄膜を作製して、水素が挟まれていない場合との超伝導転移温度などの各種物理パラメーターが変化するのかを検証したい。
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