液相エピタキシャル成長法による機能調和酸化物単結晶膜の作製

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450333
• 研究機関: 山梨大学
• 研究代表者: 田中 功 山梨大学, 工学部, 助教授 (40155114)
• 研究分担者: 綿打 敏司 山梨大学, 工学部, 助手 (30293442) ; 中山 栄浩 山梨大学, 工学部, 助教授 (40227971)
• キーワード: 機能調和酸化物 / 液相エピタキシャル / 結晶成長 / 単結晶膜 / 高温超電導体 / 固有ジョセフソン効果

研究概要

本研究では、Srの添加によって反強磁性半導体から超伝導体に変化するLa_2、CuO_4、を目的材料に選び、反強磁性半導体La_2CuO_4のバルク単結晶の表面上に反磁性超伝導体La_<2-x>Sr_xCuO_4、の単結晶膜を液相エピタキシャル法(LPE法)により成長させて良質な機能調和酸化物単結晶を合成することによって、反強磁性半導体と超伝導体の2種類の機能を組み合わせた機能調和酸化物の単結晶を創製して、新しい機能性を探索することを目的とした。
本年度は、前年度の研究を継続して行い、そのうち、特に赤外線加熱エピタキシャル成長(IR-LPE)法によりLa_<2-x>Sr_xCuO_4単結晶膜をZn置換La_2CuO_4単結晶基板上に作製し、その成膜単結晶のデバイス特性評価を行った。IR-LPE単結晶膜成長実験においては、一般的にバルク単結晶育成に利用する赤外線集光加熱炉を用いて液相エピタキシャル成長法により反強磁性のZn置換La_2CuO_4単結晶基板上に膜厚10〜250μmのa軸配向La_<2-x>Sr_xCuO_4単結晶膜を成膜させることに成功した。得られたLa_<2-x>Sr_xCuO_4単結晶膜の超伝導特性は、膜厚に強く依存し、膜厚80μm以上で優れた超伝導特性を示したが、それ以下では超伝導転移がブロードになることが明らかになった。これは、成膜と基板との格子不整合によって成膜に圧縮応力が印加された状態になったために超伝導が抑制されたと考えられる。したがって、基板単結晶中のSrとZnの濃度を制御して目的物質の格子定数より大きくすることにより超伝導特性を向上させると期待される。また、La_<2-x>Sr_xCuO_4単結晶膜をFIB加工により1x6x15μm^3のブリッジに加工し電流-電圧曲線を測定した結果、固有ジョセフソン効果を観測することに成功した。

研究成果

• [文献書誌] I.Tanaka, S.Watauchi(S.Watauchi): "Control of the nisotropic Growth Rates of Oxide Single Crystals in Floating Zone Growth"J.Crystal Growth. 229(1-4). 423-427 (2001)
• [文献書誌] I.Tanaka, S.Watauchi(A.T.M.N.Islam): "Transition Behavior of La_2CuO_<4-δ>Single Crystals Chenically Oxidized in KMnO_4 Aqueous Solution"Physica C. 357-360(1-4). 367-370 (2001)
• [文献書誌] I.Tanaka, S.Watauchi(I.Tanaka): "Preparation of La_<2-x>Sr_xCuO_4 Single-Crystalline Films by Infrared-Heated Liquid phase Epitaxial Technique"Physica C. 362(1-4). 180-185 (2001)
• [文献書誌] I.Tanaka, S.Watauchi(T.Tachiki): "Josephson Vortex Flow in La_<2-x>CuO_4 Single Crystals"Physica C. 362(1-4). 277-281 (2001)
• [文献書誌] I.Tanaka, S.Watauchi(Y.Uematsu): "Subgap Structures in the Current-Voltage properties of La_<2-x>Sr_xCuO_4 Intrinsic Josephson Junctions"Physica C. 362(1-4). 290-295 (2001)
• [文献書誌] I.Tanaka, S.Watauchi(I.Iguchi): "Observation of Diamagnetic Precursor to the Meissner State above T_c in High-T_cLa_<2-x>CuO_4 Cuprates by Scanning SQUID Microscopy"Physica C. 367(1-4). 9-14 (2002)
• [文献書誌] I.Tanaka, S.Watauchi(Y.Uematsu): "Characterization of Intrinsic Josephson Junctions for La_<2-x>Sr_xCuO_4 Single Crystals"Physica C. 367(1-4). 382-387 (2002)
• [文献書誌] I.Tanaka, S.Watauchi(A.T.M.N.Islam): "I-V Properties of Intrinsic Josephson Junctions in La_<2-X>Sr_xCuO_4 Single-Crystalline LPE Film"Singapore Journal of Physics. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] I.Tanaka, S.Watauchi(I.Tanaka): "Growth of Bi-2212 Single Crystals by Travelling Solvent Zone Melting MEthod"Superconductor Science and Technology. (印刷中). (2002)