| 研究課題/領域番号 |
17K05551
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| 研究機関 | 日本女子大学 |
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研究代表者 |
石黒 亮輔 日本女子大学, 理学部, 准教授 (40433312)
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| 研究分担者 |
高柳 英明 東京理科大学, 研究推進機構総合研究院, 教授 (70393725)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 界面超伝導 / MoS2 / 電気二重層トランジスタ / 金属半導体界面 / ファンデルワースル界面 / 二次元半導体 / 原子層半導体 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、電気二重層トランジスタを用いた強い電場下の二次元超伝導状態についての研究を行ってきた。電気二重層トランジスタチャネルには二次元半導体であるMoS2と酸化物半導体である酸化亜鉛を用いた。特にMoS2においては電気二重層トランジスタ構造におけるトップコンタクトで取り付けられたチタン電極とMoS2との間に新しい超伝導が存在することなどが見出されてきた。この超伝導状態は金属電極下の界面にあることがいくつかの実験から示唆されているが、なぜ金属電極と接触した界面が独立に超伝導になるのかなど、解決っすべき問題も残っている。界面の超伝導であれば、面直方向の空間反転対称性の破れから有効電場が存在することも期待されるため、本研究のもともとの目的に沿うため界面に注目することにした。また、この超伝導状態は磁場に対して方向性を持つなど特異な磁場応答を持ち、さらに前年度の磁化測定による結果では界面がある場合に強磁性が観測されるなど、界面状態に強磁性が関連することなども示唆されたためこの検証も行った。
まず、何故界面が独立な超伝導になるかについては、電気二重層トランジスタ構造を用いた伝導測定により検証し、電極金属と界面状態、界面状態とMoS2チャネルの間に高さの異なるエネルギー障壁が存在することを明らかにした。これは、界面状態が電極金属ともチャネルMoS2とも異なる電子状態であることが理由であると考えられる。強磁性については、磁気モーメントの大きさに問題があったが、0.5KまでのMPMS測定を行ったところ、電極材料の超伝導転移とともに強磁性が増大することも分かり、引き続き起源を検証する予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では、強電場下の二次元超伝導状態の超伝導対称性の検証を行うことを目的に研究を行ってきているが、新しい界面超伝導の可能性を見出している。界面においては空間反転対称性の破れにより有効電場が存在することや、ラッシュバ型のスピン軌道相互作用の存在も期待できる。このため、この超伝導状態の検証を行ったところ、面内磁場に対してパウリ限界を超えても超伝導を保っていることなどが分かった。これは、強電場によるスピン軌道相互作用強い超伝導が持つ特性であり、本研究によって新しく見出されている。また、測定手法についても電気二重層トランジスタをチャネルの研究ではなく接合の研究に用いる手法も開発でき、実際に一つの接合に二種類のバリアが存在することを見出したことなどは順調に進んでいる理由になる。一方で強電場下の超伝導対称性については位相敏感テストにより判別することを予定していたが、明確な超伝導対称性を同定するには至っていない。これはサンプル作製の困難さに加えて、新しい界面超伝導状態についての位相敏感テストを行うための最適なデバイス構造を新しく設計する必要があり、これらのテストが十分に行えていないためである。新たな強電場下の超伝導状態を見出し、以上の理由により、おおむね順調に進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、界面の電子状態についてさらに詳細に検討すること、低温で観測された強磁性の増大減少について慎重な実験と検討を行う予定である。また、電極下の界面の電子状態自身のホール効果測定などを行うことで磁性が界面状態に由来するものかどうかなどの検証を行う予定である。また、これまでの結果をまとめ発表する予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウィルスによる影響により、発表を予定していた学会が中止になるなど年度末に計画していた研究発表のための出張がなどが中止になったため、次年度使用額が生じた。本年度は本研究に関する発表に関する経費に利用する。
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