超伝導ボロンドープダイヤモンドにおける金属-非金属転移と超伝導

• 研究課題/領域番号: 19014018
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 高野 義彦 独立行政法人物質・材料研究機構, 超伝導材料センター, グループリーダー (10354341)
• 研究分担者: 山口 尚秀 独立行政法人物質・材料研究機構, 超伝導材料センター, 主任研究員 (70399385) ; 津田 俊輔 独立行政法人物質・材料研究機構, WPI-MANA, 研究員 (80422442) ; 西嵜 照和 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (90261510) ; 横谷 尚睦 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (90311646) ; 中村 仁 電気通信大学, 電気通信学部, 助教 (50313416)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 6,600千円 (直接経費: 6,600千円); 2008年度: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円); 2007年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
• キーワード: 超伝導 / 半導体 / ダイヤモンド / 薄膜 / ホウ素 / ドープ / 金属 / 絶縁体 / 絶緑体 / 転移 / 光電子分光 / 低温

研究概要

ダイヤモンドの超伝導は半導体に起こる珍しい超伝導体である。マイクロ波CVD法でホウ素濃度を制御した薄膜試料を作製し、そのホウ素濃度と金属絶縁体転移の関係を検討した。これまでの実験で、超伝導転移温が超薄膜の場合低くなってしまい、Tcの不均一性があった。そのため金属絶縁体転移の濃度を決定することが難しかった。最近、40nmの超薄膜でもバルク並みのTcが得られるようになり、均一な膜による金属絶縁体転移を3He冷凍機で検討した。ホウ素濃度にして3e20cm-3から金属的伝導が現れ、ほぼ同時に超伝導転移が発現することが分かった。Tcは膜厚と共に増加し、膜厚が約100nmを超えるとTcはバルク並になり一定になることを見出した。超薄膜でTcが下がる理由社、基板による圧力効果や超伝導の薄膜効果があるものと考えられるが詳しいことは検討中である。3He冷凍機を用いた低温、超高真空走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて、最低温度T=0.35Kにおいて走査トンネル分光(STS)測定を行った。Tc=5K程度の(110)配向エピタキシャル薄膜を中心に実験を行った結果、コヒーレンスピークが鋭い明瞭な超伝導スペクトルを得た。また、磁場中でSTS測定を行うことやボロンドープダイヤモンドにおける渦糸量子の観測に成功し、渦糸グラス状態が実現していることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Holes in the Valence Band of Superconducting Boron-Doped Diamond Film Studied by Soft X-ray Absorption and Emission Spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: Jin Nakamura, Nobuyoshi Yamada, Kazuhiko Kuroki, Tamio Oguchi, Kozo Okada, Yoshihiko Takano, Masanori Nagao, Isao Sakaguchi, Tomohiro Takenouchi, Kawarada Hiroshi, Rupert C. C. P ERERA, David L. EDERER
  • 雑誌名: JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN 77
  • NAID: 110006666011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of the optical gap in novel superconductors by coherent THz radiation (2008)
  • 著者名/発表者名: P Calvani, S. Lupi, M. Ortolani, L. Baldassarre, C. Mirri, R. Sopracase, U. Schade, Yoshihiko Takano, Tsuyoshi Tamegai
  • 雑誌名: INFRARED PHYSICS & TECHNOLOGY 43 ページ: 5607-5609
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of boron-doped diamonds using 11B high-resolution NMR at high magnetic fields (2008)
  • 著者名/発表者名: Miwa Murakami Tadashi Shimizu, Masataka Tansho, Yoshihiko Takano, Satoshi Ishii, Evgeni A. Ekimov, Vladimir Sidorov, Hitoshi Sumiya, Hiroshi Kawarada, Kiyonori Takegoshi
  • 雑誌名: DIAMOND AND RELATED MATERIALS 17 ページ: 1835-1839
  • 査読あり
• [雑誌論文] 11B nuclear magnetic resonance in boron-doped diamond (2008)
  • 著者名/発表者名: Miwa Murakami, Tadashi Shimizu, Masataka Tansho and Yoshihiko Takano
  • 雑誌名: Sci. Technol. Adv. Mater 17 ページ: 44103-44109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature-Dependent Localized Excitations of Doped Carriers in Superconducting Diamond (2008)
  • 著者名/発表者名: Kyoko Ishizaka, Ritsuko Eguchi, Shunsuke Tsuda, A. Chainani, Takayoshi Yokoya, Takayuki Kiss, Takahiro Shimojima, Tadashi Togashi, Shuntaro Watanabe, C. -T. Chen, Yoshihiko Takano, Masanori Nagao, Isao Sakaguchi, Tomohiro Takenouchi, Hiroshi Kawarada, Shin Shik
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-temperature STM/STS studies on boron-doped (111) diamond films (2008)
  • 著者名/発表者名: Terukazu Nishizaki, Yoshihiko Takano, Masanori Nagao, Tomohiro Takenouchi, Hiroshi Kawarada, Norio Kobayashi
  • 雑誌名: Journal of Physics and Chemistry of Solids 69 ページ: 3027-3030
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of a superconducting gap in boron-doped diamond by laser-excited photoemission spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: Ishizaka K, Eguchi R, Tsuda S, Yokoya T, Chainani A, Kiss T, Shimojima T, Togashi T, Watanabe S, Chen CT, Zhang CQ, Taka no Y, Nagao M, Sakaguchi I, Takenouchi T, Kawarada H, Shin S
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 98 ページ: 47003-47003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phonon softening in superconducting diamond (2007)
  • 著者名/発表者名: Hoesch M, Fukuda T, Mizuki J, Takenouchi T, Kawarada H, Sutter JP, Tsutsui S, Baron AQR, Nagao M, Takano Y
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 75 ページ: 140508-140508
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconducting properties of homoepitaxial CVD diamond (2007)
  • 著者名/発表者名: Takano Y, Takenouchi T, Ishii S, Ueda S, Okutsu T, Sakaguchi I, Umezawa H, Kawarada H, Tachiki M
  • 雑誌名: DIAMOND AND RELATED MATERIALS 16 ページ: 911-914
  • 査読あり
• [雑誌論文] Valence band electronic structures of heavily boron-doped superconducting diamond studied by synchrotron photoemission spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: Yokoya T, Nakamura T, Matsushita T, Muro T, Ikenag a E, Kobata M, Kobayashi K, Takano Y, Nagao M, Takenouchi T, Kawarada H, Oguchi T
  • 雑誌名: NEW DIAMOND AND FRONTIER GARB ON TECHNOLOGY 17 ページ: 11-19
  • 査読あり
• [雑誌論文] ダイヤモンドの超伝導 (2007)
  • 著者名/発表者名: 高野義彦, 川原田洋
  • 雑誌名: パリティ 22 ページ: 19-21
  • 査読あり
• [学会発表] シリコンの光電子分光 : ボ論濃度依存性2 (2009)
  • 著者名/発表者名: 脇田高徳, 岡崎宏之, 佐伯邦成, 小野雅紀, 江口豊明, 奥田太一, 原沢あゆみ, 松田巌, 長谷川幸雄, 高野義彦, 平井正明, 村岡祐治, 横谷尚睦
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 光電子分光による高濃度ホウ素ドープダイヤモンドの金属-絶縁体転移前後の電子状態の観測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 岡崎宏之, 菅原克明, 佐藤宇史, 横谷尚睦, 高橋隆, 脇田高徳, 村岡祐治, 平井正明, 高野義彦, 石井聡, 入山慎吾, 川原田洋
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Surface Structure and Superconducting Energy Gap of Boron Doped Diamond Films Probed by STM/STS (2008)
  • 著者名/発表者名: Terukazu Nishizaki, Yoshihiko Takano, Masanori Nagao, Tomohiro Takenouchi, Hiroshi Kawarada, Norio Kobayashi
  • 学会等名: IWSDRM2008
  • 発表場所: つくば
• [学会発表] Localized Nature of Carriers in Boron-Doped Diamond Revealed by Laser Photoemission Spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: Kyoko Ishizaka, Ritsuko Eguchi, Shunsuke Tsuda, Takayuki Kiss, Takayoshi Yokoya, A. Chainani, Takahiro Shimojima, Shik Shin, Tadashi Togashi, Shuntaro Watanabe, C. T. Chen, Yoshihiko Takano, Masanori Nagao, Sakaguchi Isao, Tomohiro Takenouchi, Hiroshi Kawarada
  • 学会等名: IWSDRM2008
  • 発表場所: つくば
• [学会発表] Electronic structure of homo-epitaxial growth boron doped diamond by soft x-rays absorption and emission spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: Jin Nakamura, Yoshihisa Harada, Nobuyoshi Yamada, Kazuhiko Kuroki, Tamio Oguchi, Yoshihiko Takano, Tomohiro Takenouchi, Shingo Iriyama, Hiroshi Kawarada
  • 学会等名: IWSDRM2008
  • 発表場所: つくば
• [学会発表] シリコンの光電子分光 : ボロン濃度依存性/Photoemission study of silicon : boron concetration dependence (2008)
  • 著者名/発表者名: 脇田高徳, 岡崎宏之, 佐伯邦成, 小野雅紀, 江口豊明, 奥田太一, 原沢あゆみ, 松田巌, 長谷川幸雄, 高野義彦, 平井正明, 村岡祐治, 横谷尚睦
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手
• [学会発表] ボロンドープダイヤモンドにおける極低温トンネル顕微分光/Low temperature tunneling microscopy/spectroscopy in Boron-Doped Diamond (2008)
  • 著者名/発表者名: 西嵜照和, 高野義彦, 長尾雅則, 竹之内智大, 川原田洋, 小林典男
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手
• [学会発表] 単結晶ボロンドープダイヤモンドの軟X線吸収スペクトルにおけるギャップ内準位/Ingap states in B-K XAS spectra of homoepitaxial growth boron-doped diamond (2008)
  • 著者名/発表者名: 中村仁, 原田慈久, 黒木和彦, 小口多美夫, 高野義彦, 入山慎吾, 川原田洋
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手
• [学会発表] ホウ素ドープダイヤモンドとカーボンナノチューブ日本物理学会 (2007)
  • 著者名/発表者名: 高野義彦, 奥津貴史, 小河原昭吾, 渡邊徹, 冨岡史明, 石井聡, 上田真也, 津田俊輔, 山口尚秀, 横谷尚睦, 川原田洋
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] 軟X線光電子分光によるn型リンドープダイヤモンドの電子構造の研究 (2007)
  • 著者名/発表者名: 横谷尚睦, 岡崎宏之, 室隆桂之, 中村哲也, 脇田高徳,村岡祐治, 平井正明, 加藤宙光, 高野義彦, 石井聡
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] 高濃度ボロンドープ・シリコンの光電子分光 (2007)
  • 著者名/発表者名: 脇田高徳, 岡崎宏之, 高野義彦, 平井正明, 村岡祐治, 横谷尚睦
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] Electronic Structures of B-2p and C-2p Levels of Boron Doped Diamond by Soft X-rays Absorption and Emission Spectroscopy near B-and C-K Edges (2007)
  • 著者名/発表者名: 中村仁, 山田修義, 黒木和彦, 小口多美夫, 高野義彦, 竹之内智大, 入山慎吾, 川原田洋
  • 学会等名: SNS2007
  • 発表場所: 仙台国際センター,仙台市
• [学会発表] Low-Temperature STM/STS Studies on Boron-Doped (111) Diamond Films (2007)
  • 著者名/発表者名: 西嵜照和, 高野義彦, 長尾雅則, 竹之内智大, 川原田洋, 小林典男
  • 学会等名: SNS2007
  • 発表場所: 仙台国際センター,仙台市
• [図書] ホウ素・ホウ化物および関連物質の基礎と応用 1巻 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高野義彦 他
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] ホウ素・ホウ化物および関連物質の基礎と応用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高野義彦, 他33名 分著
  • 出版者: シーエムシー出版