超伝導ボロンドープダイヤモンドにおける金属-非金属転移と超伝導

2007 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19014018
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 高野 義彦 物質・材料研究機構, ナノシステム機能センター, グループリーダー (10354341)
• 研究分担者: 横谷 尚睦 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (90311646) ; 中村 仁 電気通信大学, 電気通信学部, 助教 (50313416) ; 西嵜 照和 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (90261510) ; 山口 尚秀 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノシステム機能センター, 主任研究員 (70399385) ; 津田 俊輔 独立行政法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 若手独立研究員 (80422442)
• キーワード: 超伝導 / ダイヤモンド / 半導体 / 金属 / 絶緑体 / 転移 / 光電子分光 / 低温

研究概要

金属-非金属転移近傍および超伝導転移を含む領域(ホウ素濃度にして19乗から22乗まで)にわたりホウ素濃度を系統的に変化させた、ホモエピタキシャル・ダイヤモンド試料をプラズマCVD法により合成し、フェルミレベル近傍の不純物順位やバレンスバンドの詳しい振る舞いやフォノンの分散を、角度分解光電子分光、逆光電子分光、X線吸収発光スペクトル、X線非弾性散乱などを用いて詳しく解析した。ダイヤモンドのバンレスバンドの電子構造は、ホウ素ドープにより基本的に変化することなく、金属伝導はフェルミ準位がバレンスバンド内に位置することによるものと考えられる。金属伝導を示す試料のバレンスバンド直上には、不純物バンドの片鱗は観測されず、既にバレスバンドにマージしているものと思われる。バンド分散から求めたキャリア濃度は、SIMS測定から求めたホウ素濃度の1/3から1/4程度に留まり、キャリア導入に貢献していないホウ素が多量に存在していることが示唆された。これらは、ホウ素がペアーやクラスターを形成しているためと考えられ、バンド計算により、ペアーを形成しているホウ素がキャリア導入に貢献しないことが理論的に確認された。より高いキャリア濃度を実現し、より高い超伝導転移温度を達成するためには、ペアーの形成を抑えることが必要である。

研究成果

• [雑誌論文] Observation of a superconducting gap in boron-doped diamond by laser-excited photoemission spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: Ishizaka K, Eguchi R, Tsuda S, Yokoya T, Chainani A, Kiss T, Shimojima T, Togashi T, Watanabe S, Chen CT, Zhang CQ, Taka no Y, Nagao M, Sakaguchi I, Takenouchi T, Kawarada H, Shin S
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 98 ページ: 047003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phonon softening in superconducting diamond (2007)
  • 著者名/発表者名: Hoesch M, Fukuda T, Mizuki J, Takenouchi T, Kawarada H, Sutter JP, Tsutsui S, Baron AQR, Nagao M, Takano Y
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 75 ページ: 140508
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconducting properties of homoepitaxial CVD diamond (2007)
  • 著者名/発表者名: Takano Y, Takenouchi T, Ishii S, Ueda S, Okutsu T, Sakaguchi I, Umezawa H, Kawarada H, Tachiki M
  • 雑誌名: DIAMOND AND RELATED MATERIALS 16 ページ: 911-914
  • 査読あり
• [雑誌論文] Valence band electronic structures of heavily boron-doped superconducting diamond studied by synchrotron photoemission spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: Yokoya T, Nakamura T, Matsushita T, Muro T, Ikenag a E, Kobata M, Kobayashi K, Takano Y, Nagao M, Takenouchi T, Kawarada H, Oguchi T
  • 雑誌名: NEW DIAMOND AND FRONTIER GARB ON TECHNOLOGY 17 ページ: 11-19
  • 査読あり
• [雑誌論文] ダイヤモンドの超伝導 (2007)
  • 著者名/発表者名: 高野義彦, 川原田洋
  • 雑誌名: パリティ 22 ページ: 19-21
  • 査読あり
• [学会発表] ホウ素ドープダイヤモンドとカーボンナノチューブ日本物理学会 (2007)
  • 著者名/発表者名: 高野義彦, 奥津貴史, 小河原昭吾, 渡邊徹, 冨岡史明, 石井聡, 上田真也, 津田俊輔, 山口尚秀, 横谷尚睦, 川原田洋
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 20070921-24
• [学会発表] 軟X線光電子分光によるn型リンドープダイヤモンドの電子構造の研究 (2007)
  • 著者名/発表者名: 横谷尚睦, 岡崎宏之, 室隆桂之, 中村哲也, 脇田高徳,村岡祐治, 平井正明, 加藤宙光, 高野義彦, 石井聡
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 20070921-24
• [学会発表] 高濃度ボロンドープ・シリコンの光電子分光 (2007)
  • 著者名/発表者名: 脇田高徳, 岡崎宏之, 高野義彦, 平井正明, 村岡祐治, 横谷尚睦
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 20070921-24
• [学会発表] Electronic Structures of B-2p and C-2p Levels of Boron Doped Diamond by Soft X-rays Absorption and Emission Spectroscopy near B-and C-K Edges (2007)
  • 著者名/発表者名: 中村仁, 山田修義, 黒木和彦, 小口多美夫, 高野義彦, 竹之内智大, 入山慎吾, 川原田洋
  • 学会等名: SNS2007
  • 発表場所: 仙台国際センター,仙台市
  • 年月日: 20070820-24
• [学会発表] Low-Temperature STM/STS Studies on Boron-Doped (111) Diamond Films (2007)
  • 著者名/発表者名: 西嵜照和, 高野義彦, 長尾雅則, 竹之内智大, 川原田洋, 小林典男
  • 学会等名: SNS2007
  • 発表場所: 仙台国際センター,仙台市
  • 年月日: 20070820-24
• [図書] ホウ素・ホウ化物および関連物質の基礎と応用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高野義彦, 他33名 分著
  • 総ページ数: 204-211
  • 出版者: シーエムシー出版