[論文レビュー] Prototype hybrid of a ferromagnet and a spin triplet superconductor

M. S. Anwar, Y. J. Shin+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2014

Advanced Condensed Matter Physics被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、脈動レーザー蒸着を用いて、面内圧縮ひずみを受ける形で成長されたフェリ磁性 SrRuO3 薄膜とスピン三重項超伝導体 Sr2RuO4 を組み合わせたプロトタイプハイブリッドヘテロ構造を実証した。ひずみが加わっても、158 K 以下の温度でフェリ磁性秩序を維持し、c軸が容易軸であることが判明した。また、界面は非常に高い導電性を示し、強力なプロキシミティ効果が顕著であり、スピン三重項超伝導性の研究に新たな道を開いた。

ABSTRACT

Ferromagnetic SrRuO3 thin films are deposited on the ab-surface of single crystals of the spin-triplet superconductor Sr2RuO4 as substrates using pulsed laser deposition. The films are under a severe in-plane compressive strain. Nevertheless, the films exhibit ferromagnetic order with the easy axis along the c-direction below the Curie temperature of 158 K. The electrical transport reveals that the SrRuO3/Sr2RuO4 interface is highly conducting, in contrast with the interface between other normal-metals and the ab-surface of Sr2RuO4. Our results will stimulate the investigations on proximity effects between a ferromagnet and a spin-triplet superconductor.

研究の動機と目的

• スピン三重項超伝導体とフェリ磁性体のハイブリッドヘテロ構造を構築し、プロキシミティ効果を研究すること。
• 面内圧縮ひずみが SrRuO3 薄膜内のフェリ磁性秩序に及ぼす影響を調査すること。
• SrRuO3 と Sr2RuO4 の ab面間の界面における電気的輸送特性を解明すること。
• このようなハイブリッド系において、新しいスピントロニクス的およびトポロジカル量子現象の可能性を探ること。

提案手法

• エピタキシャル SrRuO3 薄膜を、単結晶 Sr2RuO4 サブストレートの ab面に脈動レーザー蒸着法を用いて成長させた。
• SrRuO3 と Sr2RuO4 間の格子不整合に起因し、面内圧縮ひずみが誘発された。
• 温度依存磁化測定を用いて、フェリ磁性の特性を評価し、キュリー温度を特定した。
• 界面の導電性およびプロキシミティ効果を評価するために、電気的輸送測定を実施した。
• 磁気異方性解析により、c軸が磁化の容易軸であることが同定された。
• Sr2RuO4 に内在するスピン三重項対形成の特性に起因し、スピン三重項プロキシミティ効果の可能性を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SrRuO3 薄膜は、Sr2RuO4 上に成長する際、強い面内圧縮ひずみ下でも磁性秩序を維持できるか？
• RQ2 SrRuO3 と Sr2RuO4 の ab面間の界面における電気的導電性は、他の通常金属と比較して如何ほどか？
• RQ3 界面は、誘導されたスピン三重項対形成またはその他の特異な超伝導相関を支持できるか？
• RQ4 ひずみを受ける SrRuO3 薄膜の磁気異方性は何か？ そして、スピン輸送にどのように影響するか？
• RQ5 このヘテロ構造は、スピン三重項超伝導体におけるプロキシミティ効果を研究するためのプロトタイプとして機能できるか？

主な発見

• SrRuO3 薄膜は、強い面内圧縮ひずみ下でも、キュリー温度が 158 K のフェリ磁性秩序を示した。
• c軸が磁化の容易軸であると特定され、薄膜に強い一軸異方性が存在することが示された。
• SrRuO3/Sr2RuO4 界面は、他の通常金属/Sr2RuO4 界面が通常示す絶縁的挙動とは対照的に、非常に高い電気的導電性を示した。
• 観察された界面導電性は、強力な電子的結合および可能性のあるプロキシミティ効果を示唆している。
• 本系は、スピン三重項超伝導体とハイブリッド構造を形成するフェリ磁性状態が安定に維持されており、今後のスピン三重項プロキシミティ効果の研究を可能にした。
• 本結果は、ハイブリッド系におけるトポロジカル超伝導性およびマヨラナ局在状態の探索に実用的なプラットフォームを確立した。