超伝導絶縁体転移近傍の電子状態と磁束状態

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02J06675
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 森田 真規子 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 特別研究員(DC2)
• キーワード: 超伝導絶縁体転移 / 磁束グラス / 量子ゆらぎ / 乱れ / 次元性 / アモルファス薄膜 / 第II種超伝導体 / 混合状態

研究概要

従来型の第II種超伝導体の磁束状態および電子状態を、系の次元性や乱れをパラメターとして、磁束系の量子融解あるいは量子相転移の観点から研究している。磁場印加による2次元超伝導絶縁体転移に関しては、臨界磁場(B_c)以下に金属的な量子磁束液体(QVL)相が存在するかどうかという問題が注目を集めている。このB_c以下の領域における磁束状態をアモルファス(a-)Mo_xSi_<1-x>超薄膜(膜厚4nm)を用いて調べたところ、垂直磁場中で絶対零度に向かって、非常に小さな抵抗が残った。このような残留抵抗は、平行磁場中あるいは比較的近い常伝導抵抗率をもつ3次元膜(100nm)では観測されなかった。これらのことから、超薄膜で観測された残留抵抗は、電流を印加することにより、絶対零度で極少数の磁束が2次元磁束グラス相の中を量子的に運動していることを示唆している。この結果は金属的なQVL相の存在を示唆する大きな金属的抵抗を観測した他グループのデータ(a-MoGe薄膜)とは異なる。
3次元膜においては絶対零度で金属的なQVL相が存在することを既に示している。乱れが極低温の磁束状態に及ぼす影響を明らかにするため、同一膜厚(100nm)で常伝導抵抗率の異なる試料の磁束状態を調べた。乱れとともに上部臨界磁場で規格化した相対的なQVL相の広さが増大し、さらに量子効果が現れ始めるとみなされる特徴的温度も増加することがわかった。一方、乱れをほぼ一定に保って、膜厚を減少させると、広い温度範囲にわたって、相対的な磁束液体相の割合が広がった。このことは絶対零度のみにグラス相が存在するという、2次元磁束グラス理論の予想と一致する。同時に絶対零度近傍の相対的なQVL相の広さも膜厚を薄くするほど広がることがわかった。これらの結果から、乱れだけでなく2次元性も量子ゆらぎを強め、QVL領域の拡大に寄与していることが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] M.Morita, S.Okuma: "Anisotropic magnetoresistance on the insulating side of the zero-field superconductor-insulator transition"Physica C. 378-381・1. 598-601 (2002)
• [文献書誌] 大熊 哲, 森田真規子: "乱れた超伝導体の極低温ボルテックス状態と超伝導絶縁体転移"固体物理. 37・11. 805-816 (2002)
• [文献書誌] S.Okuma, M.Morita, Y.Imamoto: "Vortex phase diagram and quantum fluctuations in thick a-Mo_xSi_<1-x> films"Physical Review B. 66・10. 104506-1-104506-8 (2002)
• [文献書誌] M.Morita, S.Okuma: "Magnetoresistance and vortex states below the 2D superconductor-insulator transition near T=0"Physica C. (掲載決定).
• [文献書誌] M.Morita, S.Okuma: "Anomalous Magnetoresistance below the 2D Superconductor-Insulator Transition"Physica B. (掲載決定).
• [文献書誌] M.Morita, S.Okuma: "Flux Pinning and Current-Induced Vortex Motion at T→O in Two-Dimensional Vortex Glass"International Journal of Modem Physics B. (掲載決定).
• [文献書誌] S.Okuma, S.Togo, M.Morita, F.Saito, K.Amemori: "Quantum Fluctuations and Vortex Phase Diagram in Uniformly Disordered Amorphous Films"International Journal of Modern Physics B. (掲載決定).
• [文献書誌] S.Okuma, S.Togo, D.Sanno, K.Amemori, M.Morita: "Superconducting Properties in Amorphous Mg_xB_<1-x> Films"Journal of Low Temperature Physics. (掲載決定).
• [文献書誌] S.Okuma, F.Saito, M.Morita: "Suppression of the Vortex-Glass Phase in Quasi-2D a-Mo_xSi_<1-x> Films"Journal of Low Temperature Physics. (掲載決定).
• [文献書誌] S.Okuma, S.Togo, M.Morita: "Vortex States at Low Temperature and Disorder in Thick a-Mo_xSi_<1-x> Films"Physica B. (掲載決定).