SrTiO3における(強誘電)量子臨界点近傍の超伝導/強誘電相の探索

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01844
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 富岡 泰秀 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (60357572)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 超伝導 / 強誘電体 / 量子臨界点 / チタン酸ストロンチウム / 酸素同位体置換

研究成果の概要

チタン酸ストロンチウム (SrTiO3) の Sr(Ti) の一部を Ca/Ba(Nb) で置換し、強誘電体に電子ドーピングを施した (Sr,AE)(Ti,Nb)O3 (AE = Ca and Ba) 単結晶を浮遊帯域溶融法により作製し、強誘電と超伝導の相互関係を探索した。キャリア濃度 n の増加とともに、強誘電キュリー温度 TC(FE) は低下し、あるキャリア濃度 n* 以上になると、強誘電が消失する。超伝導転移温度 Tc は、AE=Ba の場合、従来、Tc ~ 0.3 K とされていたが、n* 近傍において、SrTiO3系物質群の中で最高値となる 0.75 K に達することを見出した。

自由記述の分野

固体物理

研究成果の学術的意義や社会的意義

SrTiO3系の超伝導転移温度 Tc は、従来約 0.3 K であったが、元素置換によって強誘電を生成させると、Tc が大きく上昇し、0.75 K に達することを見出した。これまで、微量な酸素欠損の導入による電子ドーピング等、乱れの導入を最小限に抑える手法が重要視されてきたが、本研究では、対照的に、Sr/Ti それぞれのサイトに元素置換を施す方法を採用して、強誘電キュリー温度/キャリア濃度それぞれを制御し、強誘電/超伝導の相互関係を系統的に探索した。本研究により、本系の超伝導は、強誘電の導入によって増強されることが明らかとなり、本系の超伝導のメカニズム解明に大きな貢献をもたらすと考えられる。