超伝導ボロンドープダイヤモンドにおける金属-非金属転移と超伝導

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19014018
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 高野 義彦 National Institute for Materials Science, 超伝導材料センター, グループリーダー (10354341)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 尚秀 独立行政法人物質・材料研究機構, 超伝導材料センター, 主任研究員 (70399385) ; 津田 俊輔 独立行政法人物質・材料研究機構, WPI-MANA, 研究員 (80422442) ; 西嵜 照和 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (90261510)
• Keywords: 超伝導 / 半導体 / ダイヤモンド / 薄膜 / ホウ素 / ドープ / 金属 / 絶縁体

Research Abstract

ダイヤモンドの超伝導は半導体に起こる珍しい超伝導体である。マイクロ波CVD法でホウ素濃度を制御した薄膜試料を作製し、そのホウ素濃度と金属絶縁体転移の関係を検討した。これまでの実験で、超伝導転移温が超薄膜の場合低くなってしまい、Tcの不均一性があった。そのため金属絶縁体転移の濃度を決定することが難しかった。最近、40nmの超薄膜でもバルク並みのTcが得られるようになり、均一な膜による金属絶縁体転移を3He冷凍機で検討した。ホウ素濃度にして3e20cm-3から金属的伝導が現れ、ほぼ同時に超伝導転移が発現することが分かった。Tcは膜厚と共に増加し、膜厚が約100nmを超えるとTcはバルク並になり一定になることを見出した。超薄膜でTcが下がる理由社、基板による圧力効果や超伝導の薄膜効果があるものと考えられるが詳しいことは検討中である。3He冷凍機を用いた低温、超高真空走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて、最低温度T=0.35Kにおいて走査トンネル分光(STS)測定を行った。Tc=5K程度の(110)配向エピタキシャル薄膜を中心に実験を行った結果、コヒーレンスピークが鋭い明瞭な超伝導スペクトルを得た。また、磁場中でSTS測定を行うことやボロンドープダイヤモンドにおける渦糸量子の観測に成功し、渦糸グラス状態が実現していることを明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Holes in the Valence Band of Superconducting Boron-Doped Diamond Film Studied by Soft X-ray Absorption and Emission Spectroscopy (2008)
  • Author(s): Jin Nakamura, Nobuyoshi Yamada, Kazuhiko Kuroki, Tamio Oguchi, Kozo Okada, Yoshihiko Takano, Masanori Nagao, Isao Sakaguchi, Tomohiro Takenouchi, Kawarada Hiroshi, Rupert C. C. P ERERA, David L. EDERER
  • Journal Title: JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN 77 Pages: 054711-1-054711-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study of the optical gap in novel superconductors by coherent THz radiation (2008)
  • Author(s): P Calvani, S. Lupi, M. Ortolani, L. Baldassarre, C. Mirri, R. Sopracase, U. Schade, Yoshihiko Takano, Tsuyoshi Tamegai
  • Journal Title: INFRARED PHYSICS & TECHNOLOGY 43 Pages: 5607-5609
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of boron-doped diamonds using 11B high-resolution NMR at high magnetic fields (2008)
  • Author(s): Miwa Murakami Tadashi Shimizu, Masataka Tansho, Yoshihiko Takano, Satoshi Ishii, Evgeni A. Ekimov, Vladimir Sidorov, Hitoshi Sumiya, Hiroshi Kawarada, Kiyonori Takegoshi
  • Journal Title: DIAMOND AND RELATED MATERIALS 17 Pages: 1835-1839
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 11B nuclear magnetic resonance in boron-doped diamond (2008)
  • Author(s): Miwa Murakami, Tadashi Shimizu, Masataka Tansho and Yoshihiko Takano
  • Journal Title: Sci. Technol. Adv. Mater 17 Pages: 044103-044109
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Temperature-Dependent Localized Excitations of Doped Carriers in Superconducting Diamond (2008)
  • Author(s): Kyoko Ishizaka, Ritsuko Eguchi, Shunsuke Tsuda, A. Chainani, Takayoshi Yokoya, Takayuki Kiss, Takahiro Shimojima, Tadashi Togashi, Shuntaro Watanabe, C. -T. Chen, Yoshihiko Takano, Masanori Nagao, Isao Sakaguchi, Tomohiro Takenouchi, Hiroshi Kawarada, Shin Shik
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW LETTERS 100 Pages: 166402-1-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low-temperature STM/STS studies on boron-doped (111) diamond films (2008)
  • Author(s): Terukazu Nishizaki, Yoshihiko Takano, Masanori Nagao, Tomohiro Takenouchi, Hiroshi Kawarada, Norio Kobayashi
  • Journal Title: Journal of Physics and Chemistry of Solids 69 Pages: 3027-3030
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シリコンの光電子分光 : ボ論濃度依存性2 (2009)
  • Author(s): 脇田高徳, 岡崎宏之, 佐伯邦成, 小野雅紀, 江口豊明, 奥田太一, 原沢あゆみ, 松田巌, 長谷川幸雄, 高野義彦, 平井正明, 村岡祐治, 横谷尚睦
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 20090327-20090330
• [Presentation] 光電子分光による高濃度ホウ素ドープダイヤモンドの金属-絶縁体転移前後の電子状態の観測 (2009)
  • Author(s): 岡崎宏之, 菅原克明, 佐藤宇史, 横谷尚睦, 高橋隆, 脇田高徳, 村岡祐治, 平井正明, 高野義彦, 石井聡, 入山慎吾, 川原田洋
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 20090327-20090330
• [Presentation] シリコンの光電子分光 : ボロン濃度依存性/Photoemission study of silicon : boron concetration dependence (2008)
  • Author(s): 脇田高徳, 岡崎宏之, 佐伯邦成, 小野雅紀, 江口豊明, 奥田太一, 原沢あゆみ, 松田巌, 長谷川幸雄, 高野義彦, 平井正明, 村岡祐治, 横谷尚睦
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会
  • Place of Presentation: 岩手
  • Year and Date: 20080920-20080923
• [Presentation] ボロンドープダイヤモンドにおける極低温トンネル顕微分光/Low temperature tunneling microscopy/spectroscopy in Boron-Doped Diamond (2008)
  • Author(s): 西嵜照和, 高野義彦, 長尾雅則, 竹之内智大, 川原田洋, 小林典男
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会
  • Place of Presentation: 岩手
  • Year and Date: 20080920-20080923
• [Presentation] 単結晶ボロンドープダイヤモンドの軟X線吸収スペクトルにおけるギャップ内準位/Ingap states in B-K XAS spectra of homoepitaxial growth boron-doped diamond (2008)
  • Author(s): 中村仁, 原田慈久, 黒木和彦, 小口多美夫, 高野義彦, 入山慎吾, 川原田洋
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会
  • Place of Presentation: 岩手
  • Year and Date: 20080920-2008-0923
• [Presentation] Surface Structure and Superconducting Energy Gap of Boron Doped Diamond Films Probed by STM/STS (2008)
  • Author(s): Terukazu Nishizaki, Yoshihiko Takano, Masanori Nagao, Tomohiro Takenouchi, Hiroshi Kawarada, Norio Kobayashi
  • Organizer: IWSDRM2008
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 20080707-20080709
• [Presentation] Localized Nature of Carriers in Boron-Doped Diamond Revealed by Laser Photoemission Spectroscopy (2008)
  • Author(s): Kyoko Ishizaka, Ritsuko Eguchi, Shunsuke Tsuda, Takayuki Kiss, Takayoshi Yokoya, A. Chainani, Takahiro Shimojima, Shik Shin, Tadashi Togashi, Shuntaro Watanabe, C. T. Chen, Yoshihiko Takano, Masanori Nagao, Sakaguchi Isao, Tomohiro Takenouchi, Hiroshi Kawarada
  • Organizer: IWSDRM2008
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 20080707-20080709
• [Presentation] Electronic structure of homo-epitaxial growth boron doped diamond by soft x-rays absorption and emission spectroscopy (2008)
  • Author(s): Jin Nakamura, Yoshihisa Harada, Nobuyoshi Yamada, Kazuhiko Kuroki, Tamio Oguchi, Yoshihiko Takano, Tomohiro Takenouchi, Shingo Iriyama, Hiroshi Kawarada
  • Organizer: IWSDRM2008
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 20080707-20080709
• [Book] ホウ素・ホウ化物および関連物質の基礎と応用 1巻 (2008)
  • Author(s): 高野義彦 他
  • Total Pages: 204-211
  • Publisher: シーエムシー出版