Creation of functional surface superconductors based on high Debye temperature and the Rashba effect

基于高德拜温度和拉什巴效应创建功能表面超导体

基本信息

批准号：
17J06998
负责人：
一ノ倉聖
金额：
$ 2.83万
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 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-17J06998/
关键词：
超伝導

项目摘要

本研究では、半導体表面上において、基板の高いデバイエネルギーと表面におけるラシュバ効果により高い臨界温度・臨界磁場を持つ超伝導を実現することを目指している。本年度は特に後者のテーマ、すなわちラシュバ効果による臨界磁場の向上の実証を目標とした。物質としては、シリコン表面上でタリウムと鉛が２次元的に再構成したSi(111)-√3x√3-(Tl,Pb)に着目した。これまで、ARPES測定と電気抵抗測定によりSi(111)-√3x√3-(Tl,Pb)は分裂幅250 meVと大きなラシュバ効果とTc = 2.3 Kの超伝導を併せ持つことがわかっており、本研究では新たに面内磁場中での特性を調べた。すると、5 Tでもほとんど転移温度に変化がないことが明らかとなった。２次元超伝導体では、平行磁場に対しては常磁性効果によって対破壊が起きる。BCS理論によるとその値(パウリ限界)は1.86×Tc = 4.4 Tで与えられるが、今回観測された上部臨界磁場は明らかにパウリ限界を超えている。この結果は、ラシュバ効果によって臨界磁場が向上したことを意味している。その結果をInternational symposium of surface science及び日本物理学会で報告・議論し、ラシュバ効果と超伝導の関連性をより正確に計算するため、理論物理の専門家との共同研究を開始した。今後は、本年度に得られた実験結果に共同研究の計算結果を合わせ、物理専門誌への報告を行う予定である。

在这项研究中，我们的目标是利用衬底的高德拜能和表面的拉什巴效应，在具有高临界温度和临界磁场的半导体表面实现超导。今年，我们专门针对后一个主题，即展示拉什巴效应对临界磁场的改善。至于材料，我们重点关注Si(111)-√3x√3-(Tl,Pb)，它是铊和铅在硅表面的二维重构。到目前为止，ARPES测量和电阻测量表明Si(111)-√3x√3-(Tl,Pb)具有250 meV的分裂宽度、大的Rashba效应以及在Tc = 2.3 K时的超导性。研究中，我们新研究了面内磁场的特性。结果表明，即使在 5 T 下，转变温度也几乎没有变化。在二维超导体中，由于平行磁场中的顺磁效应而发生对破坏。根据BCS理论，其数值（泡利极限）由1.86×Tc = 4.4 T给出，但本次观测到的上临界磁场明显超过了泡利极限。这一结果意味着临界磁场通过拉什巴效应得到了改善。我们在表面科学和日本物理学会国际研讨会上报告和讨论了我们的成果，并开始与理论物理学专家联合研究，以更准确地计算拉什巴效应与超导性之间的关系。未来，我们计划将今年获得的实验结果与联合研究的计算结果结合起来，并在物理期刊上报告。