2020 Fiscal Year Annual Research Report
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19K22133
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
須田 理行 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80585159)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / 超伝導 / 電気二重層トランジスタ / 表面修飾 / キャリアドーピング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダイヤモンドはあらゆる物質中で最高クラスのデバイ温度を持ち、常圧における高温超伝導実現の候補物質であるにもかかわらず、最高転移温度はわずか11.4 Kに留まっている。これは、ホウ素の添加に伴う"乱れ"の影響によるものであると考えられており、乱れを排除したダイヤモンドにおいては100 Kクラスの転移温度が実現すると指摘されている。本研究では、ダイヤモンド表面に化学修飾を施すことでポテンシャルの乱れを最小化したダイヤモンドを作製し、電気二重層トランジスタを作製することで、静電キャリアドーピングによる電界誘起高温超伝導の実現を目指した。
(111)配向単結晶基板上にマイクロ波化学気相成長法によりエピタキシャル成長を行った。この際、特殊な条件を用いることで、ダイヤモンドのシングルバイレイヤーステップ(0.206 nm)構造の観察が可能なダイヤモンドの作製に成功した。表面を水素終端化した後、表面に1-dodeceneを塗布し、光化学反応による表面修飾を行った後、フォトリソグラフィーを用いて電界効果測定用のホールバー構造を作成した。得られたデバイス基板を測定用チップに端子付けした後に、ゲート電極及びチャネル層部分をイオン液体：1-ethyl-3-methyl-imidazolium tris(pentafluoroethyl) trifluorophosphateによりコートすることで電気二重層トランジスタ構造を作製した。本デバイスの電気抵抗の温度依存性を測定したところ、-1.5ゲート電圧の印可により、極低温まで金属化が確認された。非表面修飾ダイヤモンドでは、金属化は確認されておらず、表面修飾による乱れの排除という仮説が実証された。今後は、デバイスの最適化による超伝導転移の観測を目指す。
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