電気化学エッチングを用いた極薄膜物性の開拓

• 研究課題/領域番号: 16H05981
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 塩貝 純一 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (30734066)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 26,650千円 (直接経費: 20,500千円、間接経費: 6,150千円); 2017年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2016年度: 22,620千円 (直接経費: 17,400千円、間接経費: 5,220千円)
• キーワード: 層状物質 / カルコゲナイド物質 / 超伝導 / 電気化学反応 / 電気二重層トランジスタ / セレン化鉄 / 電気化学エッチング / 高温超伝導 / 薄膜新材料

研究成果の概要

本研究では、電気二重層トランジスタ構造を用いた電気化学エッチング法の適用により、原子層物質の単層レベルの極薄膜化を実現することで、極薄膜状態で初めて発現する新奇物性開拓を狙うことを目的として研究を行った。特に、セレン化鉄はバルクで8 Kの超伝導転移を示す層状の鉄系超伝導物質である。極薄膜化することにより、超伝導転移温度が約8倍に上昇することが知られている。本研究では、電気化学エッチング法を本物質に適用し、高温超伝導状態における臨界磁場および臨界電流の膜厚依存を調べることにより、極薄膜における超伝導の次元性が高温超伝導安定化に重要な役割を果たしていることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Critical current enhancement driven by suppression of superconducting fluctuation in ion-gated ultrathin FeSe (2018)
  • 著者名/発表者名: Harada T、Shiogai J、Miyakawa T、Nojima T、Tsukazaki A
  • 雑誌名: Superconductor Science and Technology 巻: 31 号: 5 ページ: 055003-055003
  • DOI: 10.1088/1361-6668/aab4ea
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of superconducting transition temperature in FeSe electric-double-layer transistor with multivalent ionic liquids (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Miyakawa, Junichi Shiogai, Sunao Shimizu, Michio Matsumoto, Yukihiro Ito, Takayuki Harada, Kohei Fujiwara, Tsutomu Nojima, Yoshimitsu Itoh, Takuzo Aida, Yoshihiro Iwasa, Atsushi Tsukazaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. Materials 巻: 2 号: 3 ページ: 031801-031801
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.2.031801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of tetragonal FeSe/FeS alloy films with high sulfur contents by alternate deposition (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Kohei、Shiogai Junichi、Tsukazaki Atsushi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 56 号: 10 ページ: 100308-100308
  • DOI: 10.7567/jjap.56.100308
  • NAID: 210000148314
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Unified trend of superconducting transition temperature versus Hall coefficient for ultrathin FeSe films prepared on different oxide substrates (2017)
  • 著者名/発表者名: Junichi Shiogai, Tomoki Miyakawa, Yukihiro Ito, Tsutomu Nojima, and Atsushi Tsukazaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 号: 11 ページ: 115101-115101
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.115101
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 電気化学エッチングによるセレン化鉄膜厚制御の実現 (2016)
  • 著者名/発表者名: 塩貝 純一, 野島 勉, 塚﨑 敦
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 37 号: 11 ページ: 541-546
  • DOI: 10.1380/jsssj.37.541
  • NAID: 130005284288
  • ISSN: 0388-5321, 1881-4743
  • 査読あり
• [学会発表] A universal trend in Hall coefficient and superconducting transition temperature in FeSe electric double layer transistors (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Shiogai, T. Miyakawa, T. Harada, T. Nojima, A. Tsukazaki
  • 学会等名: APS March Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] A universal relationship of superconducting transition temperature and Hall coefficient in etching-induced superconductivity in FeSe electric double layer transistors (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Shiogai, T. Miyakawa, T. Nojima, and A. Tsukazaki
  • 学会等名: CEMS-QPEC Symposium on Emergent Quantum Materials
  • 国際学会
• [学会発表] 電気化学エッチングを用いたFeSe薄膜高温超伝導 (2017)
  • 著者名/発表者名: 塩貝純一、宮川智樹、伊藤恭太、野島勉、塚﨑敦
  • 学会等名: 日本物理学会・第72回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] High-temperature superconductivity in ion-gated ultrathin FeSe films (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Shiogai, T. Miyakawa, Y. Ito, T. Nojima, and A. Tsukazaki
  • 学会等名: IUMRS-ICAM 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electrochemical etching induced high temperature superconductivity in FeSe electric double layer transistors (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Shiogai, T. Miyakawa, Y. Ito, T. Nojima, and A. Tsukazaki
  • 学会等名: ISS 2016 - 29th International Symposium on Superconductivity
  • 発表場所: 東京国際フォーラム（東京都千代田区）
  • 年月日: 2016-12-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electrochemical approach to achieving ultrathin FeSe using electric double layer transistor (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Shiogai, T. Miyakawa, Y. Ito, T. Mitsuhashi, T. Nojima, and A. Tsukazaki
  • 学会等名: 2016 MRS Fall Meeting
  • 発表場所: ボストン（米国）
  • 年月日: 2016-11-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electrochemical etching approach to ultrathin FeSe films using electric double layer transistor (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Shiogai, T. Miyakawa, Y. Ito, T. Nojima and A. Tsukazaki
  • 学会等名: JSPS-EPSRC Tohoku-Cambridge-CNRS Core to Core program Symposium "Two dimensional electronics/spintronics devices"
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-11-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High temperature superconductivity in electrochemically-etched FeSe thin films (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Shiogai, T. Miyakawa, Y. Ito, T. Mitsuhashi, T. Nojima, and A. Tsukazaki
  • 学会等名: International Symposium on Revolutionary Atomic-Layer Materials
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-10-22
  • 国際学会
• [学会発表] FeSe EDLTで誘起される超伝導転移のイオン液体依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮川智樹、伊藤恭太、塩貝純一、野島勉、松本道生、清水直、岩佐義宏、相田卓三、塚﨑敦
  • 学会等名: 日本物理学会・2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] High-Tc Superconductivity at 40 K observed in electrochemically etched FeSe films (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Shiogai, Y. Ito, T. Mitsuhashi, T. Nojima, and A. Tsukazaki
  • 学会等名: ICSM 2016 - The 5th International Conference of Superconductivity and Magnetism
  • 発表場所: フェトヒイェ（トルコ共和国）
  • 年月日: 2016-04-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考]
  • URL: http://mu.imr.tohoku.ac.jp/memberlist_shiogai.html