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前年度までの研究で、ペロブスカイト型酸化物であるSrTiO_3の表面に作成したトランジスタ構造を利用して、1)酸化物表面に二次元電子ガスを電界誘起すること、2)ゲート電界を用いたキャリア濃度制御によるSrTiO3の金属絶縁体転移、の2点を実現した。今年度はSrTiO3表面に誘起された二次元電子ガスの基底状態を調べることを最大の目標とした。特に、電子ガスが最低温で超伝導性を示すかどうかがポイントであった。
今年度は上記の目的のために、15mK程度の低温までトランジスタの輸送特性を測定可能なシステムを理化学研究所との共同研究により構築した。これにより、1)150mK以下において高ゲート電圧印加によるゼロ抵抗の観測、2)磁場によるゼロ抵抗の消失の2点を確認した。これらは、SrTiO_3表面に電界誘起されたキャリアの超伝導を強く示唆する結果である。さらに、今回観測されたゼロ抵抗は、有限の抵抗との間をゲート電界によって可逆的にコントロールすることが可能であることが分かった。従来、酸化物のキャリア濃度制御は元素置換に頼っていたため、系のキャリァ濃度をこのように連続的に変化させることは困難であった。したがって、今回得られた知見は酸化物の電子物性、特に電子密度を変数とした相転移現象を研究する上で大きな進歩であると考える。
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