Bi系酸化物超伝導体の高品質薄膜における二次元的挙動に関する研究

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Bi系酸化物超伝導体Bi_2Sr_2SCa_<n-1>Cu_nO_x(BSCCO)は酸化物超伝導体の中でも異方性の強い材料として知られるが,nの値により100Kを越える高い臨界温度を示す相もあることから実用上非常に重要な材料である。特にデバイス応用を考えた場合には良質薄膜においてその物性を正しく評価する必要がある。しかしその反面,BSCCOは理論的考察可能なデータを得るような良質な膜を作製しにくい材料である。申請者らのグループではこれまでに,薄膜としては世界最高の臨界温度を有する平滑な薄膜をas-grownで得る方法を開発した。本研究ではBi系酸化物超伝導体の異方性あるいは次元性に注目,、その二次元的挙動を調べるとともに,この材料の伝導機構に関する知見を得ることを目的とした。本研究で得られた知見を以下に述べる。1.最適組成単相薄膜の電気的特性の評価:主にn=1の相(2201相)について単相の薄膜を最適組成・条件で作製し,次元性の反映される超伝導転移温度付近の電気的特性などを中心に測定した。その結果,Kosterlitz-Thouless(KT)転移,2次元のAslamazov-Larkin理論に基づくゆらぎなど,この材料の二次元的挙動を示す結果が得られた。2.組成による電気的特性・電子状態の変化及び考察:組成変化により特性に大きな変化が見られる2201相において,電気的特性がBi量によって大きく変化し,低温でのCu-O面当りの常伝導面抵抗によって超伝導転移の見られるものと絶縁体となるものに区別できることが分かった。その臨界面抵抗値は量子抵抗と呼ばれる値にほぼ等しく,Cu-O面が電気伝導において重要な役割を担っていることが示唆された。また,面抵抗が臨界値直上のものは低温において二次元のアンダーソン局在が起こっている可能性を示した。