超伝導ボロンドープダイヤモンドにおける金属-非金属転移と超伝導

超导掺硼金刚石中的金属-非金属转变和超导性

• 批准号: 19014018
• 负责人: 高野 義彦
• 金额: $ 4.22万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 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/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19014018/
• 关键词: 超伝導; 半導体; ダイヤモンド; 薄膜; ホウ素; ドープ; 金属; 絶縁体; 絶緑体; 転移; 光電子分光; 低温

ダイヤモンドの超伝導は半導体に起こる珍しい超伝導体である。マイクロ波CVD法でホウ素濃度を制御した薄膜試料を作製し、そのホウ素濃度と金属絶縁体転移の関係を検討した。これまでの実験で、超伝導転移温が超薄膜の場合低くなってしまい、Tcの不均一性があった。そのため金属絶縁体転移の濃度を決定することが難しかった。最近、40nmの超薄膜でもバルク並みのTcが得られるようになり、均一な膜による金属絶縁体転移を3He冷凍機で検討した。ホウ素濃度にして3e20cm-3から金属的伝導が現れ、ほぼ同時に超伝導転移が発現することが分かった。Tcは膜厚と共に増加し、膜厚が約100nmを超えるとTcはバルク並になり一定になることを見出した。超薄膜でTcが下がる理由社、基板による圧力効果や超伝導の薄膜効果があるものと考えられるが詳しいことは検討中である。3He冷凍機を用いた低温、超高真空走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて、最低温度T=0.35Kにおいて走査トンネル分光(STS)測定を行った。Tc=5K程度の(110)配向エピタキシャル薄膜を中心に実験を行った結果、コヒーレンスピークが鋭い明瞭な超伝導スペクトルを得た。また、磁場中でSTS測定を行うことやボロンドープダイヤモンドにおける渦糸量子の観測に成功し、渦糸グラス状態が実現していることを明らかにした。

钻石的超导性是在半导体中发生的罕见超导性。使用微波CVD方法以受控的硼浓度制备薄膜样品，并检查了硼浓度与金属绝缘子过渡之间的关系。在先前的实验中，超导膜的超导转变温度降低，导致TC不均匀。因此，很难确定金属绝缘子过渡的浓度。最近，即使使用40nm的超薄膜也可以获得散装的TC，并且使用3HE冰箱研究了由于均匀膜而引起的金属绝缘体过渡。发现金属传导从硼浓度从3E20cm-3出现，并且几乎同时发生了超导性转变。发现TC随着膜厚度的增加而增加，并且当膜厚度超过大约100 nm时，TC变为散装并变为恒定。 TC随着超薄薄膜降低的原因，据信底物的压力效应和超导薄膜效应存在，但正在考虑细节。使用低温，超高真空扫描隧道显微镜（STM）使用3HE冰箱以最低温度t = 0.35K进行扫描隧道光谱法（STS）测量。该实验主要是在带有TC = 5K的（110）定向的外延薄膜上进行的，并获得了具有尖锐相干峰的清晰的超导光谱。此外，在磁场中进行了STS测量结果，并在硼隆掺杂的钻石中成功观察到了涡流量子，这表明实现了涡旋玻璃态。

项目成果

Characterization of boron-doped diamonds using 11B high-resolution NMR at high magnetic fields

在高磁场下使用 11B 高分辨率 NMR 表征掺硼金刚石

• 发表时间: 2008
• 期刊: DIAMOND AND RELATED MATERIALS 17
• 作者: Miwa Murakami Tadashi Shimizu;Masataka Tansho;Yoshihiko Takano;Satoshi Ishii;Evgeni A. Ekimov;Vladimir Sidorov;Hitoshi Sumiya;Hiroshi Kawarada;Kiyonori Takegoshi
• 通讯作者: Kiyonori Takegoshi

Holes in the Valence Band of Superconducting Boron-Doped Diamond Film Studied by Soft X-ray Absorption and Emission Spectroscopy

用软X射线吸收和发射光谱研究超导掺硼金刚石薄膜的价带空穴

• 发表时间: 2008
• 期刊: J. Phys. Soc. Jpn. 77
• 作者: M. Hamaguchi;K. Aoyama;S. Asanuma;Y. Uesu;and T. Katsufuji;J. Nakamura
• 通讯作者: J. Nakamura

Surface Structure and Superconducting Energy Gap of Boron Doped Diamond Films Probed by STM/STS

STM/STS 探测掺硼金刚石薄膜的表面结构和超导能隙

• 发表时间: 2008
• 作者: T. Nishizaki;Y. Takano;M. Nagao;T. Takenouchi;H. Kawarada;N. Kobayashi
• 通讯作者: N. Kobayashi

ダイヤモンドの超伝導

金刚石超导性

• 发表时间: 2005
• 期刊: FSST NEWS,号:104,ページ:2-5,2005.1 104
• 作者: 高野義彦;川原田洋
• 通讯作者: 川原田洋

Superconducting properties of homoepitaxial CVD diamond

• DOI: 10.1016/j.diamond.2007.01.027
• 发表时间: 2007-04
• 期刊: Diamond and Related Materials
• 影响因子: 4.1
• 作者: Y. Takano;T. Takenouchi;S. Ishii;S. Ueda;T. Okutsu;I. Sakaguchi;H. Umezawa;H. Kawarada;M. Tachik