Exploration of spin topology, emergent inductance, and electron correlations in transition metal oxides

このプロジェクトの目的は、銅酸化物超伝導体（SC）と金属酸化物、特にペロブスカイト構造の（Ca/Sr）（Ru/Ir）O3との人工界面における超伝導ダイオード（SD）効果の研究です。超伝導ダイオードでは、ある物質が一方向の電流に対しては抵抗がゼロになる一方、逆方向には抵抗が大きくなります。このようなデバイスは、振動する（交流）電流を静止する（直流）電流に変換する整流に有用と考えられています。同様に、次世代技術「beyond-5G」の実現に不可欠なテラヘルツ光などの電磁波の整流にも期待されています。銅酸化物は、超伝導ペアリングのエネルギースケールが高く、高温（70K以上）での超伝導ダイオードの実現が期待できるため、銅酸化物を選択しました。まず、La2-xSrxCuO4（LSCO）の粉末を従来の箱型炉で固相反応により合成しました。これらの粉末を特性評価し、パルスレーザー堆積成長に適したペレットにプレスしました。LSCOの成膜には、理化学研究所創発物性科学研究センター（和光市）のパルスレーザー成膜装置#7を使用しました。基板材料としては、LSCOの格子構造や格子定数によくマッチする、（100）面配向のLaAlO3（LAO）を選択しました。さらに、基板温度、チャンバー内の酸素圧力、レーザーの集光点など、成長パラメータを系統的に変化させました。しかし、成長パラメーターの最適化を図り、20枚以上の膜を合成したにもかかわらず、チャンバー#7で15ナノメートル以上の厚さの膜を成膜することはできませんでした。その理由は、原料（ターゲット）と基板（成膜する場所）の距離が遠すぎたためです。そこで、2023年3月に別の成長チャンバーに変更しました。この2つ目のチャンバーで合成を試みたところ、ターゲットから基板への材料移動が少なくとも2倍以上増加し、良好な結晶性とシャープな超伝導転移が確認されました。

このプロジェクトの目的は、銅酸化物超伝導体（SC）と金属酸化物、特にペロブスカイト構造の（Ca/Sr）（Ru/Ir）O3との人工界面における超伝導ダイオード（SD）効果の研究です。超伝導ダイオードでは、ある物質が一方向の電流に対しては抵抗がゼロになる一方、逆方向には抵抗が大きくなります。このようなデバイスは、振動する（交流）電流を静止する（直流）電流に変換する整流に有用と考えられています。同様に、次世代技術「beyond-5G」の実現に不可欠なテラヘルツ光などの電磁波の整流にも期待されています。銅酸化物は、超伝導ペアリングのエネルギースケールが高く、高温（70K以上）での超伝導ダイオードの実現が期待できるため、銅酸化物を選択しました。まず、La2-xSrxCuO4（LSCO）の粉末を従来の箱型炉で固相反応により合成しました。これらの粉末を特性評価し、パルスレーザー堆積成長に適したペレットにプレスしました。LSCOの成膜には、理化学研究所創発物性科学研究センター（和光市）のパルスレーザー成膜装置#7を使用しました。基板材料としては、LSCOの格子構造や格子定数によくマッチする、（100）面配向のLaAlO3（LAO）を選択しました。さらに、基板温度、チャンバー内の酸素圧力、レーザーの集光点など、成長パラメータを系統的に変化させました。しかし、成長パラメーターの最適化を図り、20枚以上の膜を合成したにもかかわらず、チャンバー#7で15ナノメートル以上の厚さの膜を成膜することはできませんでした。その理由は、原料（ターゲット）と基板（成膜する場所）の距離が遠すぎたためです。そこで、2023年3月に別の成長チャンバーに変更しました。この2つ目のチャンバーで合成を試みたところ、ターゲットから基板への材料移動が少なくとも2倍以上増加し、良好な結晶性とシャープな超伝導転移が確認されました。