2014 Fiscal Year Research-status Report
パルスレーザー堆積法によるZrCuSiAs型化合物エピタキシャル薄膜の超伝導発現
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26630305
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平松 秀典 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 准教授 (80598136)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 鉄系超伝導体 / パルスレーザー堆積法 / エピタキシャル成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、パルスレーザー堆積法（PLD法）によるin-situでのZrCuSiAs型化合物のエピタキシャル薄膜成長条件のキーパラメータを見いだすことが初年度の目標であったが困難であった。そこで、有効なex-situ法の開発を視野に入れ、同じ鉄系超伝導体のなかでも合成が特に困難なKFe2As2薄膜の合成に有効なex-situ法の開発を通じて、in-situパルスレーザー堆積法によるZrCuSiAs型化合物のエピタキシャル薄膜成長条件のヒントを得ることを試みた。
PLDを用いた薄膜堆積、追加熱処理を併用して試料を大気中に出さずにKFe2As2薄膜の作製を行った。しかしながら、Kの高い蒸気圧に起因して、基板加熱を行うと基板上でKが再蒸発し、組成をコントロールすることができなかった。すなわち、AEFe2As2(AE=Ba,Sr)で用いられる基板加熱を伴うPLD法はKFe2As2の系には適さないことが分かった。そこで、堆積プロセスと結晶成長プロセスを分離し、組成を保ったまま結晶成長させることを試みた。まず、PLD法を用いて室温で堆積した膜試料とK単体を同じガラス管に真空封入して熱処理することで、K雰囲気下での結晶成長を試みた。結晶化には成功したが、さらに結晶性を向上させるために熱処理温度を上げると、Kとガラスが反応しKの蒸気圧を保てなくなり、K欠損組成を有する薄膜になることが分かった。
最後に、ガラスとの反応性が比較的低いKFe2As2の粉で膜全体を覆い、アニールを試みた。これにより組成を変えずにかつ、高温での熱処理による結晶化を可能にした。その結果、c軸方向に強く配向し、面内4回対称を持つエピタキシャル薄膜の作製に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
初年度の目標であった薄膜成長条件のキーパラメータを見いだすことが困難であった。そこで今年度では鉄系超伝導体のなかでも合成が特に困難なKFe2As2薄膜の合成に有効なex-situ法の開発を試み、その合成法の確立に成功した。この新規開発した合成法をもとに、ex-situによるアプローチの検討を行うと同時に、in-situパルスレーザー堆積法によるZrCuSiAs型化合物のエピタキシャル薄膜成長条件の最適化に取り組む。
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| Strategy for Future Research Activity |
・Ex-situ法を用いたZrCuSiAs型相エピタキシャル薄膜生成
・ZrCuSiAs型相エピタキシャル薄膜生成のためのキーパラメーターを発見する。
・ドーパントの種類・濃度を最適化し、超伝導発現を達成する。
・フッ素、水素のドーピングを検討する。
・固体源ではなく、これまでに全く検討されていない「ガス源」を利用する。
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