Investigation of quantum critical phenomena in two-dimensional superconductors by thermoelectric response

通过热电响应研究二维超导体中的量子临界现象

基本信息

批准号：
20K14413
负责人：
家永紘一郎
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2022年度は昨年度に引き続き，磁場誘起の超伝導-金属-絶縁体転移を示す厚さ10 nmのアモルファスMoxGe1-x薄膜(試料B)を測定した．この試料では，2020年度の厚さ12 nmの試料Aよりも超伝導転移温度(Tc0 = 2.4 K)や絶対零度での上部臨界磁場(Bc2(0) = 5.5 T)が減少している．このため，常伝導相に存在する超伝導の振幅ゆらぎを相対的に広範囲にわたり測定できる．熱ゆらぎ領域(高温)と量子ゆらぎ領域(極低温)における熱電信号には，熱的相転移と量子相転移の相関長がそれぞれの臨界点で発散する振る舞いが反映される．したがって量子ゆらぎ領域を調べることは，絶対零度での異常金属状態の出現理由を明らかにするための重要な手がかりとなる．試料Bに対してTc0とBc2(0)のそれぞれ2倍の温度-磁場範囲わたって熱電効果を測定した結果，全範囲で明確な振幅ゆらぎ信号の検出に成功した．これは電気抵抗測定で検出可能な範囲をはるかに超えており，熱電効果がゆらぎに敏感であることを裏付けている．Tc0以上の高温域では，熱電信号の磁場依存性におけるピーク位置からゴースト臨界磁場B*(T)を決定できた．B*(T)は温度の減少に伴って減少し，Tc0でB*=0へと向かう．これは，熱的相転移の相関長がTc0に向かって発散的に増大することを反映している．Bc2(0)以上の高磁場域では，熱電信号の温度依存性におけるピーク位置から，量子-古典クロスオーバー線に相当するゴースト温度T*(B)を決定できた．これは世界初の実験検出であり，0.1Kまでの精密な測定によって達成された．磁場の減少に伴ってT*(B)は減少し，T*=0へと到達する磁場がBc2(0)以下の異常金属状態の範囲内に位置することがわかった．この結果は，試料Aの結果が示唆する異常金属状態の臨界性を，より明確に裏付けるものである．

在2022财政年度，与去年一样，我们测量了一个厚度为10 nm的无定形moxge1-X薄膜（样品B），显示了磁场诱导的超导性金属绝缘体跃迁。在此样品中，与样品A相比，绝对零下的超导过渡温度（TC0 = 2.4 K）和绝对零下的上临界磁场（BC2（0）= 5.5 t）降低了。热波动区域（高温）和量子波动区域（高温）中的热电信号反映了每个临界点在热相变和量子相变的相关长度之间的行为。因此，检查量子波动区域提供了一个重要的线索，以阐明在绝对零以异常金属状态出现的原因。在温度磁场范围内测量了热电效应的样品B的TC0和BC2（0）的两倍，结果，可以检测到整个范围内的明显振幅波动信号。这远远超出了通过电阻测量值检测到的范围，证实热电效应对波动敏感。在TC0或更高温度的高温范围内，可以从热电信号的磁场依赖性中的峰位置确定幽灵临界磁场B*（t）。 B*（T）随温度降低而减小，在TC0时，它移至B*= 0。这反映了热相转变向TC0的相关长度的不同增加。在BC2（0）或更高的高磁场区域中，可以根据热电信号的温度依赖性在峰位置确定对应于量子古典交叉线的幽灵温度t*（b）。这是世界上第一个实验检测，是通过高达0.1K的精确测量来实现的。随着磁场的减小，T*（B）减小，发现到达T*= 0的磁场位于BC2以下的异常金属状态范围内。该结果为样本A的结果提出的异常金属状态的关键提供了更明显的支持。