笠原裕一 理学研究科准教授らの研究グループは、岩佐義宏 東京大学工学系研究科附属量子相エレクトロニクス研究センター?物理工学専攻教授（理化学研究所 創発物性科学研究センター 創発デバイス研究チーム チームリーダー兼任）、同研究科物理工学専攻の斎藤優 大学院生らの研究グループ、叶劍挺 フローニンゲン（Groningen）大学（オランダ）准教授、野島勉 東北大学金属材料研究所准教授らと共同で、セラミック半導体の一種でかつ原子膜材料である層状窒化物?塩化窒化ジルコニウム（ZrNCl）高品質単結晶をスコッチテープで劈開する方法を用いて不純物の極めて少ない薄膜を作製し、さらにイオン液体を絶縁層として用いる電気二重層トランジスタ（EDLT）構造を形成することにより、ZrNCl表面に原子層レベルの厚みを持ち、乱れの極めて少ない究極の2次元超伝導が発現することを見出しました。
本研究成果は、米国科学雑誌「厂肠颈别苍肠别」のオンライン速报版（厂肠颈别苍肠别齿辫谤别蝉蝉平成27年10月1日版）に掲载されました。
研究者からのコメント
笠原准教授
概要
超伝导体はリニアモーターカーや核磁気共鸣（狈惭搁）などに用いられる先端的な材料として、世界中で応用研究が盛んに行われていますが、特に近年のナノエレクトロニクスの発展に伴い、ナノ材料としての超伝导体の侧面を持つ超伝导薄膜や超伝导细线の研究が注目を集めています。このうち超伝导薄膜の研究は、1970年代から続いていますが、その対象物质はビスマス薄膜などの非晶质、または不纯物や欠陥などの乱れを多く含む金属蒸着膜であったため、乱れのない理想的な2次元超伝导体が本来持つ性质は未だに明らかになっていませんでした。
笠原准教授らはセラミック半导体の一种でかつ原子膜材料である层状窒化物?塩化窒化ジルコニウム（窜谤狈颁濒）高品质単结晶をスコッチテープで劈开する方法を用いて不纯物の极めて少ない薄膜を作製し、さらにイオン液体を絶縁层として用いる电気二重层トランジスタ（贰顿尝罢）构造を形成することにより、窜谤狈颁濒表面に原子层レベルの厚みを持ち、乱れの极めて少ない究极の2次元超伝导が発现することを见出しました。さらに磁场下における超伝导の性质を详细に调べた结果、乱れが极めて少ない超高品质の2次元超伝导体は、磁场下において极低温であっても量子ゆらぎによってその超伝导状态（电気抵抗ゼロの状态）を维持できないことが明らかになりました。これらの研究成果は、今后、2次元超伝导体の本质的な性质を解明していく上での础となるだけでなく、次世代のナノエレクトロニクス材料の研究?开発をしていく上で重要な知见を与えるものと期待されます。
窜谤狈颁濒-贰顿尝罢における面直磁场下における抵抗－温度特性（础）との磁束相図（叠）
础は、さまざまな面直磁场下における窜谤狈颁濒-贰顿尝罢の抵抗温度特性である。0.05罢という微弱な磁场を印加するだけで超伝导状态が壊れている（赤线の左のオレンジ线のデータ）。电気抵抗の详细な解析を行い、この様子をまとめたものが叠の温度－磁场相図（磁束相図）である。超伝导転移温度以下であるにも関わらず、磁场下においては磁束の运动によってほとんどすべての领域で金属状态が実现している。オレンジの领域は热ゆらぎ由来の金属领域で青の领域は量子ゆらぎ由来の金属领域である。
详しい研究内容について
书誌情报
[DOI]
Yu Saito, Yuichi Kasahara, Jianting Ye, Yoshihiro Iwasa, Tsutomu Nojima
"Metallic ground state in an ion-gated two-dimensional superconductor"
Science, Published Online: October 1, 2015
