クロッケンバーガー賢治 作間啓太 山本秀樹
機能物質科学研究部
無限層構造超伝導体(Sr, La)CuO2は、Sr/La層とCuO2 面のみからなる、構造が最も単純な銅酸化物超伝導体であり[1]、高温超伝導機構の研究上極めて重要な物質である。しかしながら、そのバルク試料の作製には一般に高圧合成を要し、純良試料・単結晶の作製が困難である。薄膜合成であれば無限層構造自体は比較的容易に安定化できるが、良好な超伝導特性を示す試料の作製は、やはり難しい。NTTではMBE法により、金属的な抵抗率(ρ ) -温度(T) 特性を示し、Tcが40 Kを超す試料の作製に成功していたものの[2]、厳密なカチオン組成制御に加え酸素副格子の完全性が要求されるため、このような高品質薄膜を再現性良く作製することは、MBE法を用いた場合でも容易ではなかった。
今回、MBE法における成膜パラメータ（基板温度、蒸着組成、酸化雰囲気）のさらなる最適化を行って無限層構造薄膜を作製し、その構造や物性を調べた[3]。図1は、DyScO3(110)基板上に成長した(Sr,La)CuO2薄膜のX線逆格子マッピングである。無限層構造薄膜が、基板とコヒーレントに成長していることがわかる。薄膜の厚みが有限であることに由来するLaueFringe（白矢印）が明瞭に観測されていることから、薄膜が膜厚全体にわたってコヒーレントに結晶性良く成長していることもわかる。これを裏付けるように、高分解能の透過電子顕微鏡観察でも、1000 nm2以上の領域にわたり、結晶性の乱れは見られなかった。図2に、この薄膜の磁気抵抗の温度依存性を示す。ゼロ磁場中でTc = 41 K で超伝導転移を示している。超伝導転移は、無限層構造の薄膜では初となるマイスナー効果の観測によっても確認された。薄膜は残留抵抗比RRR > 4と非常に良い金属性を示し、残留抵抗も約10 µΩcmと非常に小さいため、Fermi面の形状についての情報を与えるShubnikov-de Haas 効果等の実験が、無限層構造物質に対しても可能になると期待される。
[1] M. G. Smith et al., Nature 351 (1991) 549.
[2] S. Karimoto et al., Appl. Phys. Lett. 79 (2001) 2767.
[3] Y. Krockenberger et al. Appl. Phys. Exp. 5 (2012) 043101.
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