酸化物超伝導体/酸化物磁性体積層薄膜の作製と評価

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本研究では、酸化物磁性体/酸化物超伝導体積層構造を作製するために、材料として、磁性体にはLa_<1-x>Sr_xMnO_3、超伝導体にはBi_2Sr_2CaCu_2O_xを選択した。2つの材料とも結晶構造にペロブスカイト構造を持つため、積層構造作製には最適の組み合わせと思われる。そこで、本研究ではそれぞれの材料の薄膜を作製し、その特性の評価を行った。La_<1-x>Sr_xMnO_3(x=0.2)薄膜は、多結晶焼結体ディスクをターゲットに用いてRFマグネトロンスパッタリングにより成膜し、酸素雰囲気中で熱処理することで、結晶化した。作製した薄膜は、1.2〜5.3eVの範囲でKerr回転θK、Kerr楕円率ηKスペクトルを測定し、誘電率ε、伝導率σスペクトルを求めた。Kerr回転スペクトルにおいて、2、3.4、5eV付近にピークが観測された。このうち3.4eV付近の大きな構造のピークは回転角が約-0.08°であった。報告されているバンド計算の結果と比較し、2eV付近の構造は、Mn-d(t2g)からMn-d(eg)への結晶場遷移、3.5eVと短波長領域に観測された構造はO-2p状態からMn-d(eg)への電荷移動遷移に対応すると考えられる。Bi_2Sr_2CaCu_2O_x薄膜は、分子線エピタキシ-法により作製し、電気伝導の異方性について評価を行った。その結果、異方性は薄膜中のキャリア濃度を制御することにより変化させることが可能であることを明らかにした。そして、真空中でアニールすることにより、異方性パラメータγ=113を得ることができた。この値は、単結晶で得られている値と同等のものであり、薄膜でも単結晶と同等の品質の特性が得られることを示すことができた。これらの良質な薄膜を用いることによって、酸化物磁性体/酸化物超伝導体積層構造の作製が可能となると考えられる。