本年度は、超高真空の蒸着システムを用いて横方向の直径が50-200nm、膜厚が9原子層のPbナノアイランド構造を作製し、そのアイランドの渦糸状態を極低温超高真空走査トンネル顕微鏡を用いて実空間で観察した。作製したアイランドは原子層オーダーで平坦な表面を有しており、横方向のサイズは蒸着時の基板温度を調節することで制御可能である。そして、横方向のサイズの異なるアイランドにおいて渦糸状態の観察とそれぞれのアイランドでの臨界磁揚の比較を行うことによって渦糸侵入磁場のサイズ依存性について明らかにし、渦糸形成には臨界サイズが存在することが分かった。 これまでにも微小超伝導体中の渦糸状態については電気伝導測定によって間接的に研究されており、渦糸状態への不純物や欠陥などの影響が示唆され曖昧な点が多く残されてきたが、本研究においてはそれらがないことを確認した上での評価が可能であり、そのうえ試料作製から観察に至るまでの一連のプロセスを超高真空で行うことで酸化膜の影響が除外されており、これまでの研究と比較して精度が飛躍的に高まっている。さらに、渦糸状態の空間分布を観察した上でのサイズ依存性が明らかにされており、これまでにない説得力を有しているという点において本研究の意義は大きい。 また、渦糸の侵入・排除の際には表面エネルギーバリアによって渦糸侵入・排除磁場にヒステリシスを伴うことが知られているが、その観測にも成功した。さらにヒステリシス中の渦糸侵入直前の磁場で)状態は準安定状態であること力弐予想されるため、STM探針によるトンネル電流注入による渦糸状態励起を試みた。その結果、励起可能であることが分かった。この結果は渦糸状態の制御やデバイスへの応用を考える上で非常に重要な成果であると考えられる。
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