InAs表面反転層における超伝導

InAs表面反型层的超导性

基本信息

批准号：
14654059
负责人：
岡本徹
金额：
$ 2.24万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14654059/
关键词：
2次元電子系表面反転層超伝導電子相関

项目摘要

プラズモン機構による超伝導は高密度ほど起こりやすいと考えられるため、酸化シリコンをスパッタリングによりInAs表面に堆積させて、そのときの衝撃により表面近傍にキャリアを誘起させた。このキャリアによって面抵抗が自然反転層だけがあったときよりも著しく減少がすることがわかったが、このキャリアの分布を調べるために極低温下での磁気抵抗測定を行った。2次元面に対して平行に印加した磁場に対して明瞭なシュブニコフ・ドハース振動が観測された。電子系が2次元的であれば(界面量子化されていれば)、面内磁場に対する振動は現れないはずであるので、誘起された電子系は3次元的である。また、垂直磁場下でのホール抵抗の測定から得られる面密度とあわせて解析することによって、この3次元電子の表面からの広がりが1μm程度であることが明らかになった。表面に加えられた衝撃により誘起された3次元電子は、熱処理をするとその分布を広げるとともに徐々に消滅する。消滅後は、反転層の2次元電子だけが残るが、衝撃を加える前よりは、若干、2次元キャリア密度が増加する傾向があることがわかった。今後、衝撃と熱処理の条件を変えることによって、2次元電子密度を著しく増加させることができるかもしれない。極低温・超高真空中での劈開表面に金属を蒸着することによりInAs表面キャリアを誘起する実験も行った。今回、容易に試料や蒸着金属を変えて短時間で劈開、蒸着、測定のサイクルを行えるシステムを開発した。予備実験において、1原子層程度の銀を蒸着すると劈開直後に100kΩ程度あった面抵抗が1kΩ程度まで減少することがわかった。

由于等离激元机制导致的超导被认为在较高密度下更容易发生，因此通过溅射将氧化硅沉积在 InAs 表面上，并由此产生的冲击在表面附近诱导载流子。研究发现，与只有自然反型层时相比，这些载流子显着降低了方块电阻，但为了研究这些载流子的分布，在极低的温度下进行了磁阻测量。对于平行于二维平面施加的磁场，观察到清晰的舒布尼科夫-德哈斯振荡。如果电子系统是二维的（界面量子化），则不会出现相对于面内磁场的振动，因此感应电子系统是三维的。另外，通过将其与在垂直磁场下测量霍尔电阻而获得的面密度一起分析，可知这些三维电子从表面的扩散约为1μm。施加到表面的冲击引起的三维电子扩大其分布并在热处理时逐渐消失。湮灭后，仅剩下反型层中的二维电子，但发现与施加冲击之前相比，二维载流子密度趋于略有增加。未来，或许可以通过改变冲击和热处理条件来显着提高二维电子密度。我们还进行了一项实验，通过在极低温度和超高真空下在解理表面上沉积金属来诱导 InAs 表面载流子。这次，我们开发了一种系统，可以轻松更换样品或沉积金属，并在短时间内执行裂解、沉积和测量循环。在初步实验中，我们发现，通过沉积大约一个原子层的银，解理后约100 kΩ的薄层电阻下降到约1 kΩ。