鉄系超伝導体の高品質薄膜成長機構の解明と高性能化技術の創製

• 研究課題/領域番号: 25709058
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 平松 秀典 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (80598136)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 26,130千円 (直接経費: 20,100千円、間接経費: 6,030千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2015年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2014年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2013年度: 19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)
• キーワード: パルスレーザー堆積法 / エピタキシャル成長 / 超伝導 / 磁束ピニング / 臨界電流

研究成果の概要

4種類の励起波長を採用したパルスレーザー堆積法を用いて、BaFe2A2:Coの高品質薄膜が得られる条件を検討し、レーザーの波長が異なった場合であっても、最適な成長速度はすべて同じ0.3 nm/secで一定であることを明らかにした。さらに高い臨界温度が期待できるBaFe2As2:Pにその最適プロセスを適用し、本研究課題の目標値である臨界電流密度（Jc）10 MA/cm2にほぼ匹敵する7 MA/cm2にまでの高性能化に成功した。さらに、実際に応用に使われている金属テープ基板にも適用し、15 Tの強磁場下において最大で0.1 MA/cm2の実用レベルのJcを達成した。

研究成果

• [国際共同研究] ツービンゲン大学(ドイツ)
• [国際共同研究] University of Tubingen(Germany)
• [雑誌論文] High-field transport properties of a P-doped BaFe2As2 film on technical substrate (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Iida, H. Sato, C. Tarantini, J. Hänisch, J. Jaroszynski, H. Hiramatsu, B. Holzapfel, and H. Hosono
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep39951
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Key Factors for Insulator-Superconductor Transition in FeSe Thin Films by Electric Field (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Hanzawa, H. Sato, H. Hiramatsu, T. Kamiya, and H. Hosono
  • 雑誌名: IEEE Trans. Appl. Supercond. 巻: 27 号: 4 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1109/tasc.2016.2639738
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] BaFe2(As1-xPx)2 (x = 0.22-0.42) thin films grown on practical metal-tape substrates and their critical current densities (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Hiramatsu, H. Sato, T. Kamiya, and H. Hosono
  • 雑誌名: Supercond. Sci. Technol. 巻: 30 号: 4 ページ: 044003-044003
  • DOI: 10.1088/1361-6668/aa621c
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Novel solid-phase epitaxy for multi-component materials with extremely high vapor pressure elements: An application to KFe2As2 (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Hatakeyama, H. Sato, H. Hiramatsu, T. Kamiya and H. Hosono
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 9 号: 5 ページ: 055505-055505
  • DOI: 10.7567/apex.9.055505
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric field-induced superconducting transition of an insulating FeSe thin film at 31 K (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Hanzawa, H. Sato, H. Hiramatsu, T. Kamiya, and H. Hosono
  • 雑誌名: National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 113 号: 15 ページ: 3986-3990
  • DOI: 10.1073/pnas.1520810113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced critical-current in P-doped BaFe2As2 thin films on metal substrates arising from poorly aligned grain boundaries (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Sato, H. Hiramatsu, T. Kamiya, and H. Hosono
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep36828
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Vortex pinning property of phosphorous-doped BaFe2As2 epitaxial films: Comparison between (La,Sr)(Al,Ta)O3 and MgO substrates (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Sato, H. Hiramatsu, T. Kamiya, and H. Hosono
  • 雑誌名: IEEE Trans. Appl. Supercond. 巻: 25 号: 3 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1109/tasc.2014.2368073
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Critical factor for epitaxial growth of cobalt-doped BaFe2As2 films by pulsed laser deposition (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Hiramatsu, H. Sato, T. Katase, T. Kamiya and H. Hosono
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 104 号: 17 ページ: 172602-172602
  • DOI: 10.1063/1.4874609
  • 査読あり
• [雑誌論文] High critical-current density with less anisotropy in BaFe2(As,P)2 epitaxial thin films: Effect of intentionally grown c-axis vortex-pinning centers (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Sato, H. Hiramatsu, T. Kamiya and H. Hosono
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 104 号: 18 ページ: 182603-182603
  • DOI: 10.1063/1.4875956
  • 査読あり
• [学会発表] Ba1-xLaxFe2As2薄膜の結晶構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林賢介, 中尾朗子, 真木祥千子, 山浦淳一, 片瀬貴義, 佐藤光, 佐賀山基, 熊井玲児, 村上洋一, 平松秀典, 細野秀雄
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 絶縁性FeSe薄膜における電界誘起超伝導に関するチャネル層の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 半沢幸太、平松秀典、神谷利夫、細野秀雄
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 金属テープ基板上に作製した鉄系超伝導体BaFe2(As,P)2薄膜における臨界電流特性のP濃度依存性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平松 秀典，佐藤 光，神谷 利夫，細野 秀雄
  • 学会等名: 第55回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2017-01-12
• [学会発表] 鉄系超伝導体FeSe薄膜中のエピタキシャル歪みと電子構造の関係 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山口祐太，半沢幸太，小畑由紀子，半那 拓，戸田喜丈，松石 聡，平松秀典，細野秀雄
  • 学会等名: 第55回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2017-01-12
• [学会発表] ZrCuSiAs型構造を有する鉄系超伝導体のヘテロエピタキシャル成長 (2017)
  • 著者名/発表者名: 金城 弘幸，ハインドル シルビア，平松 秀典，細野 秀雄
  • 学会等名: 第55回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2017-01-12
• [学会発表] 異なるチャネル成長条件で作製した絶縁性FeSeを用いた電気二重層トランジスタ (2017)
  • 著者名/発表者名: 半沢 幸太，平松 秀典，神谷 利夫，細野 秀雄
  • 学会等名: 第55回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2017-01-12
• [学会発表] Thin-film growth and electric double-layer transistors of iron-based superconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Hiramatsu and H. Hosono
  • 学会等名: 1st Asian International Cryogenic Materials Conference and Cryogenics and Superconductivity Society of Japan 50th Anniversary Conference
  • 発表場所: Kanazawa, Japan
  • 年月日: 2016-11-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electric filed-induced phase transition of insulating iron-selenides (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Hiramatsu and H. Hosono
  • 学会等名: International Symposium on Revolutionary Atomic-Layer Materials
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2016-10-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superconductor transition from insulating FeSe thin films induced by electric double-layer transistor (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Hiramatsu, K. Hanzawa, H. Sato, T. Kamiya, and H. Hosono
  • 学会等名: Applied Superconductivity Conference 2016 (ASC2016)
  • 発表場所: Denver, Colorado, USA
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] Relationship Between Surface Degradation and Electric Field-Induced Superconductivity for Insulator-Like FeSe Epitaxial Films (2016)
  • 著者名/発表者名: Kota Hanzawa, Hikaru Sato, Hidenori Hiramatsu, Toshio Kamiya, and Hideo Hosono
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Advanced Microscopy and Theoretical Calculations (AMTC5)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2016-05-11
  • 国際学会
• [学会発表] Vortex Pinning Properties of Slightly Over-Doped BaFe2As2:P Epitaxial Films (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kinjo, Hikaru Sato, Hidenori Hiramatsu, Toshio Kamiya, and Hideo Hosono
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Advanced Microscopy and Theoretical Calculations (AMTC5)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2016-05-11
  • 国際学会
• [学会発表] Difference in Electronic Structures of Superconducting and Insulator-Like FeSe Epitaxial Films (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuta Yamaguchi, Kota Hanzawa, Taku Hanna, Yoshitake Toda, Satoru Matsuishi, Hidenori Hiramatsu, and Hideo Hosono
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Advanced Microscopy and Theoretical Calculations (AMTC5)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2016-05-11
• [学会発表] 金属IBADテープ基板上に作製した鉄系超伝導体BaFe2(As,P)2薄膜の臨界電流特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平松 秀典，佐藤 光，神谷 利夫，細野 秀雄
  • 学会等名: 第54回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: アバンセ，グランデはがくれ（佐賀市）
  • 年月日: 2016-01-07
• [学会発表] Electric Double-Layer Transistors Using Iron-Based Layered Compounds (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Hiramatsu and H. Hosono
  • 学会等名: EMN Prague Meeting 2016: Iron and Iridium based Superconductivity
  • 発表場所: Prague, Czech Republic
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular beam epitaxy growth of insulator-like FeSe thin films for direct induction of insulator-superconductor transition by electric field (2016)
  • 著者名/発表者名: Kota Hanzawa, Hikaru Sato, Hidenori Hiramatsu, Toshio Kamiya, and Hideo Hoson
  • 学会等名: Applied Superconductivity Conference 2016 (ASC2016)
  • 発表場所: Denver, Colorado, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Heteroepitaxial growth of layered pnictides and chalcogenides films (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Hiramatsu and H. Hosono
  • 学会等名: Collaborative Conference on Crystal Growth 2015: Epitaxial Thin Films and Nanostructures
  • 発表場所: Eaton Hotel, Kowloon, Hong Kong
  • 年月日: 2015-12-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ba(Fe1-xCox)2As2エピタキシャル薄膜における特異な圧力効果と電子輸送特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平松 秀典, 佐藤 光, 神谷 利夫, 細野 秀雄
  • 学会等名: 第157回日本金属学会 秋期講演大会
  • 発表場所: 九州大学 伊都キャンパス, 福岡
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] PLD法によるIBAD-MgO 基板上へのP添加BaFe2As2薄膜成長 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 光, 平松 秀典, 神谷 利夫, 細野 秀雄
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Progress in Thin Films and Devices of Iron-based Layered Materials (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Hiramatsu, H. Sato, T. Katase, T. Kamiya, and H. Hosono
  • 学会等名: Energy Materials and Nanotechnology Qingdao Meeting 2015: Iron and Iridium based Superconductivity
  • 発表場所: Qingdao, China
  • 年月日: 2015-06-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Thin Films and Devices of Iron-based Layered Compounds (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Hiramatsu, H. Sato, T. Katase, T. Kamiya, and H. Hosono
  • 学会等名: 4th Annual World Congress of Advanced Materials 2015
  • 発表場所: Chongqing, China
  • 年月日: 2015-05-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Thin Film Growth and Device Fabrication of Iron-Based Layered Materials: High-Performance Superconducting Films and Electric Double-Layer Transistors (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Hiramatsu, H. Sato, T. Katase, T. Kamiya, and H. Hosono
  • 学会等名: The 27th International Symposium on Superconductivity 2014 (ISS 2014)
  • 発表場所: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
  • 招待講演
• [学会発表] PLD法による鉄系超伝導体BaFe2As2薄膜の膜質決定要因の解明と等方的な高臨界電流密度の実現 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平松 秀典，佐藤 光，片瀬 貴義，神谷 利夫，細野 秀雄
  • 学会等名: 日本金属学会 2014年秋期(第155回)講演大会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス (愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [学会発表] Excitation laser dependence and control factor for crystallinity of cobalt-doped BaFe2As2 epitaxial films by pulsed laser deposition (2014)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Hiramatsu, Hikaru Sato, Takayoshi Katase, Toshio Kamiya, and Hideo Hosono
  • 学会等名: Applied Superconductivity Conference 2014
  • 発表場所: Charlotte, North Carolina （USA）
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [学会発表] Strong vortex pinning and isotropic critical current density in BaFe2(As,P)2 epitaxial films grown by pulsed laser deposition (2014)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Sato, Hidenori Hiramatsu, , Takayoshi Katase, Toshio Kamiya, and Hideo Hosono
  • 学会等名: Applied Superconductivity Conference 2014
  • 発表場所: Charlotte, North Carolina （USA）
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [学会発表] Progress in Epitaxial Thin Films of 122-type Iron-pnictide Superconductors: Non-equilibrium Impurity Doping and Critical Current Density (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Hiramatsu and H. Hosono
  • 学会等名: 13th International Conference on Modern Materials and Technologies (CIMTEC2014): the 6th Forum on New Materials
  • 発表場所: Tuscany (Italy)
  • 年月日: 2014-06-15 – 2014-06-19
  • 招待講演
• [学会発表] Superconductivity of indirectly electron-doped and isovalent-doped 122-type epitaxial films (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Hiramatsu, H. Sato, T. Katase, T. Kamiya, and H. Hosono
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology Summer Meeting 2014 (EMN 2014): Iron and Iridium based Superconductivity
  • 発表場所: Cancun (Mexico)
  • 年月日: 2014-06-09 – 2014-06-12
  • 招待講演
• [学会発表] PLD法によるCo添加BaFe2As2エピタキシャル薄膜成長と励起レーザー波長との関係 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平松秀典
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス