ダイアモンド表面における単原子金属層高温超伝導体の創出

• Project/Area Number: 12F02207
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 外国
• Research Field: Thin film/Surface and interfacial physical properties
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 中山 知信 独立行政法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究者
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): MISHRA P. 独立行政法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 外国人特別研究員 ; MISHRA Puneet (独)物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2012 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2012: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: ダイアモンド / 超伝導 / 単原子層物質 / 固体表面

Research Abstract

ダイアモンドはフォノン周波数が非常に高いため、高い転移温度を有する超伝導の発現が理論的に予想されている。ダイアモンド清浄表面上に単原子金属層を成長させ、超伝導特性を発現させることを目的として研究を行った。平成25年度は引き続き、ダイアモンド薄膜のCVD成長条件およびSTM観測条件の最適化を行った。ダイアモンド単結晶基板上にマイクロ波CVD法を用いて平滑で高品位なホウ素ドープダイヤモンドを成膜した。試料を1000℃に加熱しながら1×10^<-4>Pa程度の酸素を導入したところ、(100)結晶軸方向に沿った長方形型のテラス構造を観測することに成功した。これにより、有機汚染物の酸化および除去によって、清浄表面に近い状態が得られたことが確認できた。
一方、ダイアモンド型の結晶構造をもつシリコン基板表面上で、インジウム原子層の成長と低温での電気伝導測定を行った。シリコン(111)表面を超高真空中で清浄化し、インジウムを一原子層程度300℃で成長させた。クライオスタットの改造により、電気伝導測定によって得られる超伝導転移温度は約3.0Kであることがわかった。これは低温STM測定によって知られていた転移温度とほぼ一致する。また、有機分子である銅フタロシアニンを1分子層程度この表面に吸着させ、配列させたところ、転移温度が0.13K程度上昇することがわかった。これは、銅フタロシアニンからインジウム原子層に電荷移動が起こり、キャリアがドーピングされたためであると考えられる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

シリコン表面上金属原子層の超伝導に関しては、進展があったが、ダイヤモンド表面の研究については遅れている。ダイヤモンド表面の調製方法の確立が急務である。

Strategy for Future Research Activity

今後は、ダイアモンド清浄表面の調製方法を確立し、さらにインジウムなどの金属を単原子層レベルで成長させる。走査トンネル顕微鏡で局所的な超伝導ギャップを観察し、電気伝導測定を行うことで、直接的に超伝導転移を観測することを目標としたい。

Research Products

• [Journal Article] Resistive phase transition of the superconducting Si(111)-(R7xE3)-In surface (2013)
  • Author(s): Takashi Uchihashi, Puneet Mishra, Tomonobu Nakayama
  • Journal Title: Nanoscale Research Letters Volume: 8 Issue: 1 Pages: 167-167
  • DOI: 10.1186/1556-276x-8-167
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Mechanical rotation of Pt-porphyrin derivative molecules on a Au (111) surface (2014)
  • Author(s): P. Mishra, T. Nakayama, T. Uchihashi, T. Ono, Y. Nakajima, F. Ozawa, J. Hill, W. V. Rossom, K. Ariga, C. Joachim
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス, 平塚市
  • Year and Date: 2014-03-30
• [Presentation] Tunneling current driven rotation of Pt-porphyrin dimers on Au (111) surface (2014)
  • Author(s): P. Mishra, T. Nakayama, T. Uchihashi, T. Ono, Y. Nakajima, F. Ozawa, J. Hill, W. V. Rossom, K. Ariga, C. Joachim
  • Organizer: MANA International Symposium 2014
  • Place of Presentation: つくば国際会議場, つくば市
  • Year and Date: 2014-03-05
• [Presentation] Spectroscopic STM studies of Pt-porphyrin molecules on Cu(111) (2013)
  • Author(s): Mishra Puneet, 山本真幸、内橋隆、中山知信、Teruo One, Fumiyuki Ozawa, Yumiko Nakajima
  • Organizer: MANA International Symposium 2013
  • Place of Presentation: 茨城県つくば市
  • Year and Date: 2013-02-27
• [Presentation] Modification of the surface-state occupancy on noble metal films with stacking fault arrays (2012)
  • Author(s): Mishra Puneet, 内橋隆、中山知信
  • Organizer: Winter School 2012 on Frontiers 1n Materials Science
  • Place of Presentation: バンガロール、インド
  • Year and Date: 2012-12-05