強誘電超伝導体薄膜の歪制御と超伝導メモリへの応用

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K14607
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 井上 悠 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (90843342)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: エピタキシャル薄膜

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、酸化物超伝導体チタン酸ストロンチウムを対象の系としている。チタン酸ストロンチウムの超伝導状態について、最近、強誘電転移近傍でその超伝導転移温度が大幅に上昇することが観測されており、本研究課題では、歪、および組成制御を通して、その超伝導増強機構を明らかにすることを目的にしている。特に、薄膜として作製することで、薄膜が持つ様々な自由度を利用することが可能となり、歪やその他の外場を利用して、チタン酸ストロンチウムの超伝導状態と強誘電転移を制御できれば、超伝導メモリ応用等、新機能素子応用への期待も期待できる。
2022年度は、まず基板としてチタン酸ストロンチウムを用いて、パルスレーザー堆積法によりチタン酸ストロンチウムのエピタキシャル薄膜の作製を試みた。作製した薄膜の結晶性の評価はX線回折測定より行った。当初得られた薄膜は、格子歪に起因するX線回折スペクトルのブロードニングが観測された。これは格子欠陥の導入によるによるもので、成膜温度が800℃程度と比較的低温であったためと考えられる。そこで、成膜温度を1000℃程度まで上昇させるために、試料ホルダ―、および試料取り付け方法の改良を行い、成膜を行ったところ、格子歪に起因するスペクトルのブロードニングは消失し、基板とほぼ同一の薄膜ピークが得られた。成膜温度を上昇させることで、格子欠陥の少ないチタン酸ストロンチウム薄膜の作製が可能になったと言える。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

試料作製の準備や測定環境の構築を行っており、順調に進展していると考える。

Strategy for Future Research Activity

2022年度は、パルスレーザー堆積法によるチタン酸ストロンチウム薄膜の作製手法を確立した。2023年度は、化学置換などにより、組成を制御したチタン酸ストロンチウム薄膜の作製と、電気輸送特性評価、およびトンネル分光測定の準備に取り組む予定である。さらにフリースタンディングな薄膜の作製に向けて、基板上への犠牲層の作製にも取り組む予定である。

Causes of Carryover

当初出席予定していた会議出張が、オンラインによる開催になったため。2023年度は、低温測定に必要な寒剤の価格が高騰したため、その補填に充当する予定である。