ナノサイズ超伝導体におけるボルテックスの極低温走査トンネル顕微鏡観察

纳米超导体中涡旋的低温扫描隧道显微镜观察

• 批准号: 07J01150
• 负责人: 西尾 隆宏
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J01150/
• 关键词: ナノサイズ超伝導体; 走査トンネル顕微鏡; 表面超伝導; 渦糸操作; Bean-Livingstonバリア; Pb; 走査トンネル分光; 量子ビット; ナノサイズ超伝遵体; 表面超伝遵; ボルテックス; 渦糸; 量子サイズ効果

本年度は、超高真空の蒸着システムを用いて横方向の直径が100-200nm、膜厚が9原子層程度のPbナノアイランド構造を作製し、走査トンネル顕微鏡(STM)で昨年度に観察に成功したアイランド中の渦糸状態を、STM探針を用いて操作する実験を行った。これまでに渦糸の微小な超伝導体への侵入・排除の際には表面エネルギーバリア(Bean-Livingstonバリア)によって渦糸侵入・排除の磁場にヒステリシスを伴うことが知られており、我々が作製したPbアイランドにおいてもその様子を観測することができる。この表面バリアが渦糸の侵入を阻害していることを考慮すると、ヒステリシス中の渦糸侵入直前の磁場でのマイスナー状態は準安定状態にあると考えられる。そこで、筆者はSTM探針による電流注入により、熱力学的に安定な渦糸状態へ転移させることが可能ではないかと予測し、実験的にそれを実証した。さらに渦糸励起のための瞬間的な電流注入時間や電流量、探針の場所依存性を詳細に調べ、励起には一定の電流量と時間を必要とすること、外側に電流注入をした方が効果的に渦糸状態に励起できることを見出した。そして、時間に依存したGinzburg-Landau方程式の下で理論的にシミュレートした結果と実験結果を比較した。その結果、STM探針からの電流が臨界電流密度を超えることで探針直下に常伝導領域を形成し、表面バリアを低減させることにより、渦糸励起が生じていることを明らかにした。この研究により精密に渦糸を制御することが可能になり、例えば渦糸励起の際にマイクロ波を組み合わせることで、酸化膜を用いない理想的な量子ビットの作製が可能になると期待される。

This year, we have used ultra-high vacuum evaporation chambers to manufacture Pb Na Na Alinder structures with a lateral diameter of 100-200nm and a film thickness of 9 atomic layers. We have successfully observed the vortex state in the electrode and used STM probes to operate it. This is the first time that the micro-conductor of the vortex is invaded and excluded, and the surface is exposed to the Bean-Livingston phenomenon. The magnetic field of the vortex invasion and exclusion is accompanied by the detection of the micro-conductor. The magnetic field of vortex intrusion in the surface is considered to be quasi-stationary. The author has demonstrated that current injection from STM probes and thermodynamic steady-state vortex shifts are possible and practical. The instantaneous current injection time, current amount and probe location dependence of the vortex excitation are adjusted in detail, and the excitation time, current amount and probe location are adjusted in detail. The time dependent Ginzburg-Landau equation is based on the theoretical results. As a result, STM probe current threshold current density is increased, probe surface current is decreased, and vortex excitation is generated. This research is aimed at precise vortex control, such as vortex excitation, wave combination, acidification and film application.

项目成果

Superconductivity Pb island Nanostructures Studied by Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy

扫描隧道显微镜和光谱研究超导铅岛纳米结构

• 发表时间: 2008
• 期刊: Physical Review Letters 101
• 作者: T. Nishio;T. An;A. Nomura;et al.
• 通讯作者: et al.

Meissner effect in films of ropes of boron-doped single-walled carbon nanotubes ; Correction with applied pressure and boron-doped multi-walled nanotubes

掺硼单壁碳纳米管绳膜中的迈斯纳效应；

• 发表时间: 2008
• 期刊: Journal of Physics : Conference Series 153
• 作者: M. Matsudaira;J. Nakamura;T. Shimizu;J. Haruyama;J. Reppert;A. M. Rao;T. Eguchi;T. Nishio;Y. Sano;Y. Iye
• 通讯作者: Y. Iye

Vortex Phases in Nano-sized Pb Island Structures Studied by LT-STM/STS

LT-STM/STS 研究纳米 Pb 岛结构中的涡旋相

• 发表时间: 2008
• 作者: 西尾隆宏;安東秀;江口豊明;長谷川幸雄;西尾 隆宏;Takahiro Nishio;Takahiro Nishio;Takahiro Nishio
• 通讯作者: Takahiro Nishio

Pb/Si(111)系における渦糸状態ゐ低温STM観察とサイズ依存性

Pb/Si(111) 体系中的涡旋态 - 低温 STM 观察和尺寸依赖性

• 发表时间: 2008
• 作者: 西尾隆宏;安東秀;江口豊明;長谷川幸雄;西尾 隆宏;Takahiro Nishio;Takahiro Nishio;Takahiro Nishio;Takahiro Nishio;西尾 隆宏
• 通讯作者: 西尾 隆宏

Size-dependent superconductivity of Pb Islands under Magnetic Fields Studied by Low-temperature Scanning Tunneling Microscopy/Spectroscopy

通过低温扫描隧道显微镜/光谱研究磁场下铅岛尺寸依赖性超导性

• 发表时间: 2007
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics 46
• 作者: 西尾隆宏;安東秀;江口豊明;長谷川幸雄;西尾 隆宏
• 通讯作者: 西尾 隆宏