メゾスコピック系における電子－格子相互作用の制御

介观系统中电子晶格相互作用的控制

• 批准号: 17J02006
• 负责人: 横井 雅彦
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Osaka University
• 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 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J02006/
• 关键词: 層状物質; 超伝導; 表面弾性波

2004年のNovoselovとGeimによるグラフェンの発見を契機に、2次元性の強い層状物質を結晶性良く薄膜化できるようになった。このような低次元系は、バルク結晶では行えないキャリア密度の電界制御など、物性制御の観点から重要な研究テーマである。本研究では原子層物質の新たな制御方法として、表面弾性波を用いる手法に着目した。表面弾性波とは、圧電性を有する基板表面に局在した弾性波で、基板上に作製した櫛形電極に数GHzの交流電場を印加することで誘起される。これまで本研究では、原子層超伝導薄膜NbSe2に表面弾性波を照射することで、その伝導特性の変調を行ってきた。圧電LiNbO3基板上に超伝導NbSe2薄膜を転写し、表面弾性波を照射しながら電流電圧特性を測定した。その結果、概形は通常の超伝導体薄膜と同様のゼロ抵抗特性が観測された。しかし、ゼロ電流付近に着目すると、電流とは逆符号の電圧が生じることが分かった。これは抵抗が負になることを意味している。さらに、原子層超伝導NbS2薄膜や、単体Nb薄膜を用いて対照実験も行ってきた。しかし、これらの薄膜では負抵抗は観測されなかった。これらの結果から、表面弾性波に変調された電荷密度波と超伝導との相互作用が負抵抗の本質だと分かった。本年度はこれらの実験結果を理論的に説明する描像の構築を行った。NbSe2薄膜では、表面弾性波照射によって、電荷密度波のソリトン-反ソリトンの対が形成され得る。このソリトン対を時間依存する静電容量と等価と見なし、これと超伝導ドメインが直列に繋がるジョセフソン接合モデルを構築することで、実験で観測されたゼロ電流付近の負の抵抗を定性的に再現することができた。本研究で得られた成果は、原子層超伝導薄膜の新たな一面を開拓したものであり、将来的には、周期的な外場で量子状態が制御可能なフロッケ・エンジニアリングの舞台となり得る。また、この成果をまとめ、論文として投稿した。

Novoselov和Geim在2004年发现石墨烯的发现使薄膜具有高度二维分层材料的能力。从物理性质控制的角度来看，这种低维系统是重要的研究主题，例如无法用散装晶体执行的载体密度的电场控制。这项研究的重点是使用表面声波作为原子层材料的新控制方法的方法。表面声波是位于压电基底物表面上的弹性波，并通过将几个GHz的AC电场应用于在基板上制造的梳子电极上诱导。在这项研究中，通过辐射具有表面声波的薄膜NBSE2的原子层超导薄膜NBSE2来调节电导率特性。将超导的NBSE2薄膜转移到压电linbo3底物上，并在照射表面声波时测量电流 - 电压特性。结果，观察到了与普通超导体薄膜相似的零电阻特性。但是，当关注零电流附近时，发现产生具有相反符号的电压。这意味着阻力将变成负面。此外，使用原子层超导NBS2薄膜和单个NB薄膜进行了对照实验。但是，在这些薄膜中未观察到负电阻。这些结果表明，由表面声波调制的电荷密度波与超导性的相互作用是负电阻的本质。今年，我们构建了一个插图，解释了这些实验的理论结果。在NBSE2薄膜中，表面声波辐照可以形成孤子 - 抗溶剂对电荷密度波。通过将这对孤子对视为等同于时间依赖的电容，并构建了约瑟夫森交界模型，其中该结与超导域和超导域串联相连，我们能够在实验中观察到的零电流接近零电流的负电阻。在这项研究中获得的结果开发了一个原子层超导薄膜的新方面，将来，它可能成为羊群工程的一个阶段，在该阶段可以在周期性的外部田间控制量子状态。该结果也被总结并作为论文提交。

项目成果

NbSe3薄膜における電荷密度波特性

NbSe3 薄膜中的电荷密度波特性

• 发表时间: 2020
• 作者: 藤原浩司;岩切秀一;横井雅彦;渡邉杜;小林研介;新見康洋
• 通讯作者: 新見康洋