電気二重層トランジスタ構造を用いた新規鉄系超伝導体の探索

利用双电层晶体管结构寻找新型铁基超导体

基本信息

批准号：
17J10139
负责人：
半沢幸太
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、極めて薄い厚みでエピタキシャル成長させることで電気的に絶縁体のように振る舞う鉄系化合物FeSeに対して、電気二重層トランジスタ構造を用いたキャリアドーピングを行うことで、バルク体で観測される超伝導臨界温度の8Kに比べて4倍ほど高い35Kの超伝導臨界温度が得られ、その要因として、チャネル層が高い表面平坦性と結晶性を有することが必要であることを明らかにしたが、その更なる理解のため、母相であるFeSeの絶縁体的な振る舞いの起源の解明を行った。分子線エピタキシー法を用いて、SrTiO3単結晶基板上に約10nmの薄い膜厚でFeSeをエピタキシャル成長させた。作成したFeSe薄膜はすべて絶縁体的な振る舞いを示したが、鉄とセレンの化学組成比に依存して、エピタキシャル歪みの導入され方、さらにはその絶縁体的な振る舞い（活性化エネルギー）に違いが見られた。角度分解光電子分光法を用いて電子構造の直接観察を行ったところ、電気的には絶縁体的に振る舞うものの、電子構造は金属的であることを突き止めた。さらにホール効果測定の結果から、そのキャリア移動度が単結晶FeSeに比べて、1桁以上小さいことを見出した。以上のことから、この絶縁体的な振る舞いの起源が金属的な電子構造から半導体的な電子構造への変化ではなく、移動度の減少であることを解明した。さらに類似化合物であるFeSの電気二重層トランジスタを作製するために、FeSのエピタキシャル薄膜成長を行った。FeSにおいて、FeSeと同一な正方晶構造は準安定相であるため、非平衡成長法の1つであるパルスレーザー堆積法を用いたエピタキシャル薄膜の作製を試み、世界で初めて、そのエピタキシャル薄膜の作製に成功した。

近年来，通过在极厚的厚度下，使用上外司令生长的载载载掺杂，就像通过外膜增长一样的绝缘剂，它的作用像是绝缘体，它是通过使用电动双层晶体管结构进行掺杂来实现的高表面平坦度和结晶度。为了进一步理解这一点，我们研究了矩阵FESE的绝缘体行为的起源。使用分子束外延，FESE在SRTIO3单晶基板上的外延生长，薄膜厚度约为10 nm。产生的所有FESE薄膜均表现出绝缘行为，但在引入外延菌株的方式和绝缘行为（激活能）的方式上观察到了差异，这取决于铁和硒的化学组成比。直接观察电子结构是使用角度分辨的光电子光谱进行的，并且发现尽管它在电绝缘行为，但电子结构是金属的。此外，从霍尔效应测量结果的结果来看，发现载体迁移率的数量级要比单晶FESE小的数量级要小。从上面可以阐明，这种绝缘子行为的起源不是从金属电子结构到半导体电子结构的变化，而是迁移率下降。此外，为了制造由FES制成的电二层晶体管，这是一种类似的化合物，生长了FES的外延薄膜。在FES中，与FESE相同的四方结构是一个可稳态的相位，因此，我们试图使用脉冲激光沉积（一种非平衡生长方法之一）制造外延薄膜，并且在世界上首次成功地制造了外生薄膜。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

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专利数量（0）

Particulate Generation on Surface of Iron Selenide Films by Air Exposure

DOI：
10.1007/s10948-019-5020-9
发表时间：
2019-01
期刊：
Journal of Superconductivity and Novel Magnetism
影响因子：
1.8
作者：
H. Hiramatsu;Kota Hanzawa;T. Kamiya;H. Hosono
通讯作者：
H. Hiramatsu;Kota Hanzawa;T. Kamiya;H. Hosono

Metastable Iron-Chalcogenide Thin Films and Their Electrical Transport Properties

亚稳态铁硫族化物薄膜及其电传输特性

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kota Hanzawa;Hidenori Hiramatsu;Toshio Kamiya;and Hideo Hosono
通讯作者：
and Hideo Hosono

Stabilization and heteroepitaxial growth of metastable tetragonal FeS thin films by pulsed laser deposition

DOI：
10.1088/1361-6668/ab097e
发表时间：
2019-05-01
期刊：
SUPERCONDUCTOR SCIENCE & TECHNOLOGY
影响因子：
3.6
作者：
Hanzawa, Kota;Sasase, Masato;Hosono, Hideo
通讯作者：
Hosono, Hideo

Insulator-like behavior coexisting with metallic electronic structure in strained FeSe thin films grown by molecular beam epitaxy

DOI：
10.1103/physrevb.99.035148
发表时间：
2019-01
期刊：
Physical Review B
影响因子：
3.7
作者：
Kota Hanzawa;Y. Yamaguchi;Y. Obata;S. Matsuishi;H. Hiramatsu;T. Kamiya;H. Hosono
通讯作者：
Kota Hanzawa;Y. Yamaguchi;Y. Obata;S. Matsuishi;H. Hiramatsu;T. Kamiya;H. Hosono

Key Factors for Insulator-Superconductor Transition in FeSe Thin Films by Electric Field