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エピタキシー技術が拓くルテニウム酸化物超伝導体の横断的研究

研究課題

研究課題/領域番号 18H01866
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
研究機関東京工業大学 (2020)
東京大学 (2018-2019)

研究代表者

打田 正輝  東京工業大学, 理学院, 准教授 (50721726)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2018年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円)
キーワードルテニウム酸化物 / 薄膜 / 超伝導体 / 超伝導材料
研究成果の概要

本研究では、エピタキシー技術によるルテニウム酸化物超伝導体の実現と薄膜・接合を利用した超伝導状態の解明を目的とした。転移温度が1.2Kを超えるSr2RuO4超伝導薄膜の作製に成功し、上部臨界磁場を精密に測定することで、二次元状態においてとりうる超伝導対称性を議論した。また、Sr2RuO4同士のジョセフソン接合作製に成功し、ジョセフソン臨界電流の磁場依存性が時間反転対称性を保った振動パターンとなることを明らかにした。さらに、分子線エピタキシー成長によって高品質なRuO2単結晶薄膜を様々な基板上に作製し、基板からのエピタキシャル歪みを制御することで、Tc = 1.7 Kの超伝導の発現に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本成果は、転移温度が低く不純物や組成に非常に敏感な酸化物超伝導体の研究において、酸化物分子線エピタキシー技術を用いた新規超伝導体の開拓と、エピタキシャル薄膜やジョセフソン接合を利用した超伝導状態の解明が極めて有効であることを示しており、今後様々な酸化物への応用展開が期待される。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (48件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 4件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (32件) (うち国際学会 14件、 招待講演 15件)

  • [雑誌論文] Enhancement of spin-orbit coupling in Dirac semimetal Cd3As2 films by Sb doping2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakazawa, M. Uchida, S. Nishihaya, M. Ohno, S. Sato, and M. Kawasaki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 103 号: 4 ページ: 045109-045109

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.045109

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum transport observed in films of the magnetic topological semimetal EuSb22021

    • 著者名/発表者名
      M. Ohno, M. Uchida, R. Kurihara, S. Minami, Y. Nakazawa, S. Sato, M. Kriener, M. Hirayama, A. Miyake, Y. Taguchi, R. Arita, M. Tokunaga, and M. Kawasaki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 103 号: 16

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.165144

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular beam deposition of a new layered pnictide with distorted Sb square nets2021

    • 著者名/発表者名
      M. Ohno, M. Uchida, Y. Nakazawa, S. Sato, M. Kriener, A. Miyake, M. Tokunaga, Y. Taguchi, and M. Kawasaki
    • 雑誌名

      APL Materials

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Intrinsic coupling between spatially-separated surface Fermi-arcs in Weyl orbit quantum Hall states2021

    • 著者名/発表者名
      S. Nishihaya, M. Uchida, Y. Nakazawa, M. Kriener, Y. Taguchi, and M. Kawasaki
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: - 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41467-021-22904-8

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Superconductivity in uniquely strained RuO2 films2020

    • 著者名/発表者名
      M. Uchida, T. Nomoto, M. Musashi, R. Arita, and M. Kawasaki
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 125 号: 14 ページ: 147001-147001

    • DOI

      10.1103/physrevlett.125.147001

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of Sr2RuO4 Josephson junctions made of epitaxial films2020

    • 著者名/発表者名
      M. Uchida, I. Sakuraba, M. Kawamura, M. Ide, K. S. Takahashi, Y. Tokura, and M. Kawasaki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 号: 3

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.035107

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantized surface transport in topological Dirac semimetal films2019

    • 著者名/発表者名
      Nishihaya Shinichi、Uchida Masaki、Nakazawa Yusuke、Kurihara Ryosuke、Akiba Kazuto、Kriener Markus、Miyake Atsushi、Taguchi Yasujiro、Tokunaga Masashi、Kawasaki Masashi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 号: 1 ページ: 2564-2564

    • DOI

      10.1038/s41467-019-10499-0

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Molecular beam epitaxy of three-dimensionally thick Dirac semimetal Cd3As2 films2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakazawa, M. Uchida, S. Nishihaya, S. Sato, A. Nakao, J. Matsuno, and M. Kawasaki
    • 雑誌名

      APL Materials

      巻: 7 号: 7 ページ: 071109-071109

    • DOI

      10.1063/1.5098529

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ballistic transport in periodically modulated MgZnO/ZnO two-dimensional electron systems2019

    • 著者名/発表者名
      K. Tanaka, J. Falson, Y. Kozuka, M. Uchida, D. Maryenko, J. T. Ye, Y. Iwasa, A. Tsukazaki, J. H. Smet, and M. Kawasaki
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 115 号: 15

    • DOI

      10.1063/1.5121005

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ferromagnetic state above room temperature in a proximitized topological Dirac semimetal2019

    • 著者名/発表者名
      M. Uchida, T. Koretsune, S. Sato, M. Kriener, Y. Nakazawa, S. Nishihaya, Y. Taguchi, R. Arita, and M. Kawasaki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 24 ページ: 245148-245148

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.245148

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anomalous enhancement of upper critical field in Sr2RuO4 thin films2019

    • 著者名/発表者名
      M. Uchida, M. Ide, M. Kawamura, K. S. Takahashi, Y. Kozuka, Y. Tokura, M. Kawasaki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 16

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.161111

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Controlling surface carrier density by illumination in the transparent conductor La-doped BaSnO32018

    • 著者名/発表者名
      E. B. Lochocki, H. Paik, M. Uchida, D. G. Schlom, and K. M. Shen
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 112 号: 18

    • DOI

      10.1063/1.5020716

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Gate-tuned quantum Hall states in Dirac semimetal (Cd1-xZnx)3As22018

    • 著者名/発表者名
      S. Nishihaya, M. Uchida, Y. Nakazawa, M. Kriener, Y. Kozuka, Y. Taguchi, and M. Kawasaki
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 4 号: 5

    • DOI

      10.1126/sciadv.aar5668

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Negative magnetoresistance suppressed through a topological phase transition in (Cd1?xZnx)3As2 thin films2018

    • 著者名/発表者名
      Nishihaya S.、Uchida M.、Nakazawa Y.、Akiba K.、Kriener M.、Kozuka Y.、Miyake A.、Taguchi Y.、Tokunaga M.、Kawasaki M.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 97 号: 24 ページ: 245103-245103

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.245103

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Signatures of charge-order correlations in transport properties of electron-doped cuprate superconductors2018

    • 著者名/発表者名
      H. Matsuoka, M. Nakano, M. Uchida, M. Kawasaki, and Y. Iwasa
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 98 号: 14 ページ: 144506-144506

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.144506

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ferroelectric field control of charge density in oxide films with polarization reversal by electric double layer2018

    • 著者名/発表者名
      R. Nishino, Y. Kozuka, F. Kagawa, M. Uchida, M. Kawasaki
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 113 号: 14

    • DOI

      10.1063/1.5047558

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Quantized Transport on Topological Semimetal Fermi Arcs2021

    • 著者名/発表者名
      M. Uchida
    • 学会等名
      2021 MRS Spring Meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Two-Dimensional Quantum Oscillations Observed in Magnetic Topological Semimetal EuSb2 Films2021

    • 著者名/発表者名
      M.Ohno, M. Uchida, R. Kurihara, S. Minami, Y. Nakazawa, S. Sato, M. Kriener, M. Hirayama, A. Miyake, Y. Taguchi, R. Arita, M. Tokunaga, M. Kawasaki
    • 学会等名
      2021 MRS Spring Meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum Hall signature of Weyl orbits in dual-gated Dirac semimetal film2021

    • 著者名/発表者名
      S. Nishihaya, M. Uchida, Y. Nakazawa, M. Kriener, Y. Taguchi, M. Kawasaki
    • 学会等名
      2021 American Physical Society March Meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子線エピタキシー法による新物質EuCdSb2の作製2021

    • 著者名/発表者名
      大野瑞貴, 打田正輝, 中澤祐介, 佐藤慎, Markus Kriener, 三宅厚志, 徳永将史, 田口康二郎, 川﨑雅司
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] トポロジカル半金属における量子ホール伝導2020

    • 著者名/発表者名
      打田正輝
    • 学会等名
      ワークショップ「超伝導物質、トポロジカル物質」 (SCTM2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] II-V族化合物を基盤としたトポロジカル物質の開拓2020

    • 著者名/発表者名
      打田正輝
    • 学会等名
      第25回半導体におけるスピン工学の基礎と応用 (PASPS-25)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 砒化物ディラック半金属薄膜の量子輸送現象に関する実験的研究2020

    • 著者名/発表者名
      打田正輝
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantized Transport in Topological Semimetal Films2020

    • 著者名/発表者名
      M. Uchida
    • 学会等名
      2nd IIT Guwahati and TokyoTech Joint Workshop on Condensed Matter and High Energy Physics
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 磁性トポロジカル半金属EuSb2薄膜における二次元量子伝導2020

    • 著者名/発表者名
      大野瑞貴, 打田正輝, 栗原綾佑, 見波将, 中澤佑介, 佐藤慎, Markus Kriener, 三宅厚志, 田口康二郎, 有田亮太郎, 徳永将史, 川﨑雅司
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Sbドープしたディラック半金属Cd3As2薄膜におけるスピン軌道相互作用の増大2020

    • 著者名/発表者名
      中澤佑介, 打田正輝, 西早辰一, 大野瑞貴, 佐藤慎, 川﨑雅司
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Quantization of Surface Conduction in Topological Semimetal Films2019

    • 著者名/発表者名
      M. Uchida
    • 学会等名
      The Future of Topological Materials
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantized Transport in Topological Semimetal Surfaces2019

    • 著者名/発表者名
      M. Uchida
    • 学会等名
      Strongly Correlated Electron Systems 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Sr2RuO4 Josephson junctions fabricated from epitaxial films2019

    • 著者名/発表者名
      M. Uchida
    • 学会等名
      Oxide Superspin Workshop 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantum Hall Effect in Topological Semimetal Films2019

    • 著者名/発表者名
      M. Uchida, Y. Nakazawa, S. Nishihaya, K. Akiba, M. Kriener, Y. Kozuka, A. Miyake, Y. Taguchi, M. Tokunaga, N. Nagaosa, Y. Tokura, and M. Kawasaki
    • 学会等名
      The 7th International Workshop on Emergent Phenomena in Quantum Hall Systems
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 砒化物ディラック半金属薄膜の量子輸送現象に関する実験的研究2019

    • 著者名/発表者名
      打田正輝
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantized Surface Transport in Topological Semimetal Films2019

    • 著者名/発表者名
      打田正輝
    • 学会等名
      第43回日本磁気学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] トポロジカル半金属表面における量子化伝導現象2019

    • 著者名/発表者名
      打田正輝
    • 学会等名
      第11回トポロジー連携研究会「トポロジカル半金属」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantized Surface Transport Observed in Cd3As2 Films2019

    • 著者名/発表者名
      M. Uchida, S. Nishihaya, Y. Nakazawa, R. Kurihara, K. Akiba, M. Kriener, A. Miyake, Y. Taguchi, M. Tokunaga, and M. Kawasaki
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sr2RuO4 superconducting state as revealed by film and junction experiments2019

    • 著者名/発表者名
      M. Uchida, I. Sakuraba, M. Kawamura, M. Ide, K. Takahashi, Y. Tokura, M. Kawasaki
    • 学会等名
      CEMS Symposium on “Emergent Quantum Materials 2019”
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 磁性半金属EuSb2薄膜の量子輸送現象2019

    • 著者名/発表者名
      大野瑞貴, 打田正輝, 栗原綾佑, M.-T. Huebsch, T. Yu, 中澤佑介, 佐藤慎, Markus Kriener, 三宅厚志, 田口康二郎, 有田亮太郎, 徳永将史, 川﨑雅司
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 磁性半金属EuAs薄膜における異常ホール効果の解明2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤慎, 打田正輝, 栗原綾佑, 中澤佑介, M. Kriener, 三宅厚志, M.S.Bahramy, 田口康二郎, 徳永将史, 川﨑雅司
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] r2RuO4薄膜を用いた弱結合ジョセフソン接合の特性評価2019

    • 著者名/発表者名
      打田正輝, 桜庭一啓, 川村稔, 井出元晴, 高橋圭, 十倉好紀, 川崎雅司
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] トポロジカル半金属薄膜における量子化表面伝導2019

    • 著者名/発表者名
      打田正輝
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Sr2RuO4 Josephson junctions built in epitaxial films2019

    • 著者名/発表者名
      M. Uchida, I. Sakuraba, M. Kawamura, M. Ide, K. Takahashi, Y. Tokura, M. Kawasaki
    • 学会等名
      2019 American Physical Society March Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum transport properties of Cd3As2 films with low carrier density2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakazawa, M. Uchida, S. Nishihaya, S. Sato, M. Kawasaki
    • 学会等名
      2019 American Physical Society March Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Weyl orbit quantum Hall states observed in Dirac semimetal Cd3As2 thin films2019

    • 著者名/発表者名
      S. Nishihaya, M. Uchida, Y. Nakazawa, R. Kurihara, K. Akiba, M. Kriener, A. Miyake, Y. Taguchi, M. Tokunaga, M. Kawasaki
    • 学会等名
      2019 American Physical Society March Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 新規磁性半導体EuAs薄膜の作製と磁気輸送特性の評価2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤慎, 打田正輝, 中澤佑介, 西早辰一, 川﨑雅司
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Quantum transport phenomena in topological semimetal films2018

    • 著者名/発表者名
      Masaki Uchida
    • 学会等名
      8th CEMS Topical Research Camp on ‘Symmetry and Topology’
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子線エピタキシー法による新規磁性半導体EuAs薄膜の作製2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤慎, 打田正輝, 中澤佑介, 西早辰一, 川﨑雅司
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 分子線エピタキシー法により作製したCd3As2薄膜の量子輸送特性2018

    • 著者名/発表者名
      中澤佑介, 打田正輝, 西早辰一, 佐藤慎, 川﨑雅司
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ディラック半金属(Cd1-xZnx)3As2薄膜における表面量子輸送現象2018

    • 著者名/発表者名
      西早辰一, 打田正輝, 中澤佑介, 栗原綾佑, M. Kriener, 三宅厚志, 田口康二郎, 徳永将史, 川﨑雅司
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Domain Wall Conduction at All-in-all-out Antiferromagnetic Iridate Heterointerface2018

    • 著者名/発表者名
      Masaki Uchida
    • 学会等名
      CIMTEC 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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