究极の2次元超伝导体の物理 乱れのない原子层レベルの厚さの超伝导体の量子状态を解明
窜谤狈颁濒电気二重层トランジスタと量子揺らぎによる磁束の动き
下の図は、イオン液体を窜谤狈颁濒上に乗せた电気二重层トランジスタ构造に表面に电场が加わっている様子を表している。イオン液体中の阳イオンは窜谤狈颁濒表面に配列しているため、窜谤狈颁濒表面1-2层（1-2ナノメートル）には电子が诱起され、この领域で超伝导が现れる。上の図は、その超伝导体に磁场を加えた状态での磁束の动きを表している。极低温においても磁场中では量子揺らぎによって磁束が动き続けるため、有限の抵抗が発生し、超伝导状态は実现しない様子を表している。
© 2015 斎藤 優
東京大学大学院工学系研究科の岩佐義宏 教授（理化学研究所 創発物性科学研究センター 創発デバイス研究チーム チームリーダー）、同研究科の斎藤優 大学院生らの研究グループは、乱れが極めて少ない理想的な2次元超伝导体は、磁場が加えられた状態では量子ゆらぎによってその超伝导状態を維持できないことを明らかにしました。この結果は、今後、次世代のナノエレクトロニクスの材料の研究?開発していく上で重要な知見となるものと期待されます。
超伝导体はリニアモーターカーや核磁気共鸣（狈惭搁）などに用いられる先端的な材料として、世界中で応用研究が盛んに行われています。特に近年のナノエレクトロニクスの発展に伴い、ナノ材料としての侧面を持つ超伝导薄膜や超伝导细线の研究が注目を集めています。このうち超伝导薄膜の研究は、1970年代から続いていますが、その対象物质はビスマス薄膜などの非晶质、または不纯物や欠陥を多く含む金属蒸着膜であったため、乱れの少ない理想的な2次元超伝导体が本来持つ性质は未だに明らかになっていませんでした。
本研究グループは、セラミック半导体の一种であり、原子膜材料である层状窒化物?塩化窒化ジルコニウム（窜谤狈颁濒）の高品质な単结晶をスコッチテープではがして（劈开）、不纯物の极めて少ない薄膜を作製しました。そして、イオン液体を絶縁层として用いる电気二重层トランジスタ构造を形成することにより、原子层レベルの厚みを持ち、乱れの极めて少ない究极の2次元超伝导体が発现することを见出しました。さらにこの超伝导体に磁场を加えた场合の性质を详细に调べた结果、乱れが极めて少ない超高品质の2次元超伝导体は、磁场下において极低温であっても量子ゆらぎによって磁束が动き続けるために、その超伝导状态（电気抵抗ゼロの状态）を维持できず、金属的な状态になることが明らかになりました。
今回の研究成果は、「今后、界面で起こる超伝导に特有の対称性の破れといった、电界効果による2次元超伝导体のさらに新しい性质を解明していく上での础となるだけでなく、微细可能した2次元超伝导体を用いたナノデバイスへの応用につながると期待されています」と岩佐教授は话します。
本研究成果は、米国科学雑誌『Science』のオンライン速報版（ScienceXpress 2015年10月1日版）にて公開されました。
论文情报
, "Metallic ground state in an ion-gated two-dimensional superconductor", Science 2015/10/02: Online Edition (Japan time), doi:10.1126/science.1259440.
论文へのリンク（）
