Exploration of spin topology, emergent inductance, and electron correlations in transition metal oxides

过渡金属氧化物中自旋拓扑、涌现电感和电子相关性的探索

• 批准号: 22KF0124
• 负责人: Hirschberger Maximilian
• 金额: $ 1.47万
• 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: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0124/
• 关键词: 酸化物合成; パルスレーザー堆積; 酸化膜の形成; Josephson diode; 銅酸化物超伝導体

このプロジェクトの目的は、銅酸化物超伝導体（SC）と金属酸化物、特にペロブスカイト構造の（Ca/Sr）（Ru/Ir）O3との人工界面における超伝導ダイオード（SD）効果の研究です。超伝導ダイオードでは、ある物質が一方向の電流に対しては抵抗がゼロになる一方、逆方向には抵抗が大きくなります。このようなデバイスは、振動する（交流）電流を静止する（直流）電流に変換する整流に有用と考えられています。同様に、次世代技術「beyond-5G」の実現に不可欠なテラヘルツ光などの電磁波の整流にも期待されています。銅酸化物は、超伝導ペアリングのエネルギースケールが高く、高温（70K以上）での超伝導ダイオードの実現が期待できるため、銅酸化物を選択しました。まず、La2-xSrxCuO4（LSCO）の粉末を従来の箱型炉で固相反応により合成しました。これらの粉末を特性評価し、パルスレーザー堆積成長に適したペレットにプレスしました。LSCOの成膜には、理化学研究所創発物性科学研究センター（和光市）のパルスレーザー成膜装置#7を使用しました。基板材料としては、LSCOの格子構造や格子定数によくマッチする、（100）面配向のLaAlO3（LAO）を選択しました。さらに、基板温度、チャンバー内の酸素圧力、レーザーの集光点など、成長パラメータを系統的に変化させました。しかし、成長パラメーターの最適化を図り、20枚以上の膜を合成したにもかかわらず、チャンバー#7で15ナノメートル以上の厚さの膜を成膜することはできませんでした。その理由は、原料（ターゲット）と基板（成膜する場所）の距離が遠すぎたためです。そこで、2023年3月に別の成長チャンバーに変更しました。この2つ目のチャンバーで合成を試みたところ、ターゲットから基板への材料移動が少なくとも2倍以上増加し、良好な結晶性とシャープな超伝導転移が確認されました。

该项目的目的是研究铜氧化物超导体（SC）和金属氧化物之间的人工界面上的超导二极管（SD）效应，尤其是（CA/SR）（CA/SR）（RU/IR）O3在钙钛矿结构中。在超导二极管中，材料对单个方向电流的电阻为零，而较高的电阻朝相反的方向。此类设备被认为可用于整流，该设备将振动（AC）电流转换为静态（DC）电流。同样，电磁波（例如Terahertz Light）也有很大的纠正，这对于实现超过5G的下一代技术至关重要。之所以选择铜氧化铜，是因为超导配对的能量尺度很高，预计将在高温下（70K或更多）实现。首先，在传统的盒子式炉中通过固相反应合成了LA2-XSRXCUO4（LSCO）的粉末。这些粉末被表征并将其压成适合脉冲激光沉积生长的颗粒。对于LSCO的膜形成，我们使用了Riken紧急材料研究中心（Wako City）的Pulse激光沉积设备＃7。作为底物材料，选择了具有（100）平面取向的LAALO3（LAO），与LSCO的晶格结构和晶格常数匹配。此外，生长参数是系统的变化，例如底物温度，腔室中的氧气和激光聚焦点。但是，尽管优化了生长参数和20多个薄膜的合成，但在室内＃7中的厚度超过15纳米的膜不可能沉积膜。原因是原材料（目标）与基板（沉积膜的位置）之间的距离太远。因此，我们于2023年3月更改为不同的生长室。在第二个腔室中尝试了合成，从目标到底物的材料转移至少增加了两倍，表明良好的结晶度和敏锐的超导性转变。