研究課題
基盤研究(C)
超伝導を利用したデバイスは、超高速動作、低消費電力といった高いポテンシャルを持つ、反面、毒性元素の含有、高い形成温度・超伝導異方性などの応用上の問題を持つ高温超伝導体に対して、本研究では毒性元素を含まず、多層化することで超伝導転移温度が向上すると期待されているCu系高温超伝導体に注目し、その薄膜材料化を目指した。この系はバルクにおいては高温高圧化でのみ成長する準安定層であるが、まず、炭酸基添加と格子ミスフィット率が比較的小さい単結晶基板上でのエピタキシャル成長よる構造安定化により、低成長温度500から600℃において、(Cu,C)-1201構造の薄膜形成に成功した。この薄膜の表面凹凸が、当初、ユニットセル高さの数倍と、一層の特性向上が見込める多層化への移行が困難であったことから、続いて、基板と薄膜の中間の格子定数・類似の結晶構造を持つSrCuO_2をバッファとして挿入する手法を導入した。その結果、超伝導性と多層型に必要平坦性を合わせ持つ(Cu,C)-1201の作製条件の確立に成功した。この上に1201層とCaCuO_2無限層を交互堆積した[CaCuO_2/(Cu,C)-1201]×N構造を行ったところ、T_<c-onset>:100K、T_<c(ρ=0)>:70K級の高い超伝導特性を持つ超伝導薄膜の作製に成功した。多層構造試料の構造解析結果から、CaCuO_2-(Cu,C)-1201界面における歪効果が、この超伝導特性の大幅な向上の起源であることが明らかとなった。以上により、人工積層手法による、毒性元素を含まず、高臨界温度を有する高温超伝導薄膜材料の創成という本研究課題の目的を達成したと考える。
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