Creation of light-induced two dimentional superconductivity at the surface of organic crystals

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02584
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29010:Applied physical properties-related
• Research Institution: Kyoto University (2020-2021); Institute for Molecular Science (2019)
• Principal Investigator: Suda Masayuki 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80585159)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 橋本 顕一郎 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (00634982)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 二次元超伝導 / 光誘起相転移 / フォトクロミズム / キャリアドーピング

Outline of Final Research Achievements

We developed a novel type of carrier-doping technique utilizing photochromic isomerization of SP derivative to induce two-dimensional (2D) superconductivity at the surface of a bulk single crystal of an organic Mott insulator κ-(BEDT-TTF)2[CuN(CN)2]Cl (κ-Cl). Without using a field-effect device configuration, light-induced reversible isomerization of spiropyran (SP) molecules between nonionic and zwitterionic states finely modulated the carriers which were confined to the surface layer. Consequently, ideal 2D superconductivity emerged at the surface of organic single crystal by light-irradiation.

Free Research Field

物性物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、デバイス構造を用いることなく、光照射によって超伝導相を誘起する手法を確立した。本技術に、集光技術を併用すれば結晶中の任意の局所部分へのキャリア注入を行い、人工的相分離状態を形成可能である。光誘起超伝導相と絶縁相のパターニングにより、ジョセフソン接合などの分子素子を光照射によって作製するという新たな超伝導エレクトロニクスの展開も可能になるものと期待される。