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Investigation of quantum dynamics of vortices and quantum critical phenomena in highly crystalline 2D superconductors

高结晶二维超导体中涡旋量子动力学和量子临界现象的研究

基本信息

批准号：
21H01792
负责人：
野島勉
金额：
$ 8.4万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01792/
关键词：
超伝導 2次元超伝導体量子磁束

项目摘要

本研究の目的は、剥離法により純良表面の得られるMoS2の単結晶表面上に作製した電気二重層トランジスタやNbSe2単結晶剥離膜を用いて、乱れが極限的に少ない完全2次元超伝導体の絶対0度近傍でおきる、量子ゆらぎに支配された超伝導物性（磁束の量子ダイナミクス、静的・動的量子相転移）を明らかにすることである。2022年度は、MoS2電気二重層トランジスタの1K以下の極低温中における磁場中輸送特性や磁束ダイナミクスを測定すべく、新たな希釈冷凍機の整備、3He冷凍機用パルス型電流・電圧特性測定系の構築を行った。さらに2K以上で実験可能な4He冷凍機からこれらの装置に試料を劣化させることなく移動させる手法も確立した。しかし、試料作製に不可欠な微細加工用のLED顕微鏡リソグラフィー装置（2021年度導入）の故障や動作条件の変化、これに用いるフォトレジストの劣化が発生し、これら不具合の解決に時間がかかり、1K以下の極低温測定まで進むことができなかった。一方、MoS2と同類の結晶構造を持つNbSe2単結晶薄膜の2Kまでの磁場中輸送特性や試料厚さ依存性を詳細に測定することにより、電子系が2次元となる原子層レベルの極薄膜でなくでも、系に生成される量子磁束が2次元となる比較的厚い（磁場侵入長程度の厚さ）試料においても、本研究課題の一つである量子金属状態がこれまでにない高精度で観測できた。さらにこの量子金属状態は、有限な電気抵抗があるにも関わらず、ホール抵抗や非相反抵抗が完全にゼロとなるという新たな特徴を発見するに至った。これらは本研究の試料範囲の幅を広げるだけなく、量子金属状態の発現条件や具体的モデルの把握につながる大きな進展となった。今後、MoS2とNbSe2の両試料を平行して研究することにより、本研究目的の量子ゆらぎに支配された超伝導物性が包括的に理解できると考えられる。

The purpose of this study is to make the electric double layer on the crystal surface of MoS2 by lift-off method, and to make the electric double layer on the crystal surface of NbSe2 by lift-off method. In 2022, MoS2 electric double layer current and voltage characteristics measurement system was constructed for measuring the transport characteristics and magnetic beam characteristics in magnetic field at extremely low temperature below 1K. For more than 2K, the method of test sample degradation of refrigerator and equipment shall be established. Failure and deterioration of operating conditions of LED micro-mirror micro-processing equipment (introduced in 2021) for sample preparation, failure and deterioration of operating conditions, failure to solve problems, and progress of ultra-low temperature measurement below 1K. The transport characteristics in magnetic field and the dependence of sample thickness on the crystal structure of NbSe2 single crystal thin films at 2K were measured in detail. The electron system was measured in 2D. The atomic layer was measured in 2D. The thickness of the thin film was measured in 2D. The quantum magnetic beam was generated in 2D.(Magnetic field penetration length and thickness) Sample quality, this research topic of quantum metal state is very high precision measurement. The quantum state of the metal, the finite resistance, the non-opposite resistance This paper discusses the broad range of the sample, the conditions for the appearance of quantum metal states, and the specific conditions for the determination of quantum metal states. In the future, MoS2 and NbSe2 samples will be studied in parallel, and the quantum control of this study will include the understanding of superconductivity.