2013 Fiscal Year Annual Research Report
重い電子系／絶縁体人工超格子による２次元近藤格子系の創製
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24684027
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
宍戸 寛明 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80549585)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / 重い電子 / 多極子秩序 / 近藤絶縁体 / 薄膜作製 / トポロジカル絶縁体 |
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| Research Abstract |
多極子秩序を示す重い電子系物質CeB6の薄膜作製を分子線エピタキシー(MBE)法で行った．得られた膜についてx線回折と反射高速電子線回折(RHEED)による構造評価を行い，c軸方向の方位は揃っているが，面内の配向性は悪いこと，基板であるMgOの(100)方向に対してCeB6の(100)方向が優先的に配向したグレインと(110)方向が優先的に配向したグレインがあることを明らかにした．また原子間力顕微鏡(AFM)による直接観測とRHEEDの結果から表面平坦性は比較的良好であることが分かった．
近藤絶縁体であるSmB6についても同様にMBE法による薄膜育成を試み，CeB6と同程度の膜を得た．
CeB6, SmB6について低温・高磁場下での電気抵抗率測定を試みた．CeB6については近藤効果に伴う抵抗率の極大を確認した．また電気抵抗に現れる折れ曲がりが磁場の増大と共に高温側にシフトしていく特徴的な振る舞いから，薄膜においても四重極秩序が表れているのを確認した．SmB6については，抵抗率の変化は小さいものの，バルクと同様に降温とともに抵抗率が増大する，近藤絶縁体に特徴的な振る舞いを観測できた．また，3 K以下で抵抗率の温度依存性がなくなる振る舞いについても，バルク単結晶と同様に観測できた．
MBE法によってバンド絶縁体であるSrB6の薄膜作製を試みた．X線回折とRHEEDによる構造評価より，c軸方向の方位は揃っているが面内の方位は揃っていない，c軸配向膜であることが確認できた．またAFMとRHEEDによる評価から表面平坦性は良好であることを明らかにできた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
CeB6，SmB6について，エピタキシャル膜の成膜にこそ至っていないものの，c軸配向膜の成膜には成功しており，面内配向性の萌芽も見られる．また，状態図的にはCeB4, SmB4が近くにおり，Ce/SmとBの蒸着レート比がB寄りになると不純物相として薄膜に混入してくるが，本研究ではCe/SmとBの蒸着レート比の最適化を行い，Ce/SmB4が混入していないCe/SmB6薄膜の成膜に成功している．従来の方法では，蒸気圧の低いBについては電子ビーム蒸着で蒸着するのが一般的だが，本研究では高温Kセルを用いることで，レートは低いものの，極めて安定したフラックスを得ている．これによりBの蒸着レートの厳密なコントロールが可能となり，Ce/SmとBの蒸着レート比の厳密なコントロールと，蒸着時間中の安定したレートでの蒸着が可能となった．
また，薄膜化によりバルク単結晶よりもどうしても結晶のクオリティーは下がってしまうが，それにもかかわらず四重極秩序は薄膜においても現れており，かつその転移温度はバルク単結晶を良く再現している．
将来の超格子化を睨み，バンド絶縁体であるSrB6の薄膜化にも取り組んでいる．CeやSmと異なり，SrB4は存在せず，不純物相として混じりこんでくる心配がない．本研究ではSrB6のc軸配向膜の成膜に成功しており，AFMやRHEEDで観測した表面平坦性も比較的良好である．将来的には十分に重い電子/絶縁体薄膜の超格子作製が可能と考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
CeB6，SmB6, SrB6においてエピタキシャル膜の成膜には成功しておらず，c軸方向は配向しているが，面内の配向性が弱い．そこで，MgO基板の表面処理を見直し，エピタキシャル膜の成膜を目指す．具体的には（１）MgO基板の表面にMgOを蒸着し，ホモエピタキシャル成長させることにより表面の一層の平坦化を行う，（２）MBE装置を改造し，基板加熱の最高温度を従来の800℃から1000℃程度まで引き上げる．より高温でアニールすることにより基板表面原子の再配列を促し，基板表面の平坦化を行う．またCeB6，SmB6, SrB6の成膜もより高温で行うことによりエピタキシャル成長と膜質の向上が期待できる．
c軸配向膜ではあるが，CeB6,SmB6, SrB6３つ共に膜表面の平坦性は高い．そこで，c軸配向膜においてもCeB6/SrB6, SmB6/SrB6の人工超格子の作製に取り組む．CeB6はc軸配向膜においても四重極秩序が確認されているので，人工超格子による2次元閉じ込めで四重極秩序が抑制される可能性は高いと考えられる．またSmB6はトポロジカル絶縁体である可能性が議論されているが，バンド絶縁体であるSrB6との人工超格子で2次元性を制御することにより，トポロジカル絶縁体か否かについての新しい知見を得ることが期待される．
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[Journal Article] Cyclotron resonance study of quasiparticle mass and scattering rate in the hidden-order and superconducting phases of URu2Si22013
Author(s)
S. Tonegawa, K. Hashimoto, K. Ikada, Y. Tsuruhara, Y.-H. Lin, H. Shishido, Y. Haga, T. D. Matsuda, E. Yamamoto, Y. Onuki, H. Ikeda, Y. Matsuda, and T. Shibauchi
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 88
Pages: 245131-1-13
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 超伝導MgB2薄膜の製膜と評価2013
Author(s)
二神敦, 宍戸寛明, 吉田卓也, 川井一樹, 米田豊, 野口悟, 石田武和
Organizer
第12回低温工学・超伝導若手合同講演会
Place of Presentation
大阪市立大学文化交流センター 大阪市
Year and Date
20131213-20131213
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[Presentation] Mega-pixel Neutron Radiography with High Spatial Resolution by Current-Biased Kinetic Inductance Detectors of Nb with 10B Converter2013
Author(s)
T. Ishida, N. Yoshioka, Y. Narukami, A. Nomura, H. Shishido, S. Miyajima, A. Fujimaki, S. Miki, Z. Wang, M. Hidaka
Organizer
The 11th European Conference on Applied Superconductivity
Place of Presentation
Genova, Italy
Year and Date
20130915-20130919
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[Presentation] Proposal of a Monolithic Image Sensor Based on an RSFQ Signal Processor and Current-Biased Kinetic Inductance Detectors2013
Author(s)
A. Fujimaki, G. Yu, K. Ito, Y. Kita, S. Miyajima, M. Tanaka, N. Yoshioka, Y. Narukami, I. Yagi, H. Shishido, T. Yotsuya, T. Ishida, M. Hidaka
Organizer
The 14th International Superconductive Electronics Conference
Place of Presentation
Hyatt Regency Cambridge Cambridge, MA, USA
Year and Date
20130707-20130711
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[Presentation] Four-channel current-biased kinetic inductance detectors using MgB2 nanowires for sensing pulsed laser irradiation2013
Author(s)
N. Yoshioka, Y. Narukami, S. Miyajima, H. Shishido, A. Fujimaki, S. Miki, Z.Wang, T. Ishida
Organizer
15th International Workshop on Low Temperature Detectors
Place of Presentation
Pasadena Convention Center, Pasadena, California, USA
Year and Date
20130624-20130628
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