[論文レビュー] Superconducting LaAlO3/SrTiO3 Nanowires

Joshua P. Veazey, Guanglei Cheng+10 more|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2012

Electronic and Structural Properties of Oxides参考文献 40被引用数 18

ひとこと要約

本研究では、導電性原子間力顕微鏡リソグラフィーを用いて作製された準一次元LaAlO3/SrTiO3ナノワイヤーにおいて、幅約10 nm、コherence長さ約100 nmの条件下で超伝導性が示された。これは準一次元領域に位置する。主な発見として、約200 mK付近の広い超伝導転移、超伝導状態における有限抵抗、電流経路依存の抵抗変動（最大10倍の変動）、およびV-I曲線における超伝導状態と常導状態のスイッチングが観察された。

ABSTRACT

We report superconductivity in quasi-1D nanostructures created at the LaAlO3/SrTiO3 interface. Nanostructures having line widths w~10 nm are formed from the parent two-dimensional electron liquid using conductive atomic force microscope lithography. Nanowire cross-sections are small compared to the superconducting coherence length in LaAlO3/SrTiO3 (w<

研究の動機と目的

• LaAlO3/SrTiO3界面に形成された準一次元ナノ構造における超伝導性の理解を図ること。
• 超伝導性コherence長と同等またはそれ以下のスケールの次元を有する系における超伝導性の挙動を調査すること。
• 超伝導状態における有限抵抗やナノワイヤーにおける普遍的でない抵抗の異常を理解すること。
• 酸化物ヘテロ構造における次元性と超伝導特性の相関を解明すること。

提案手法

• 導電性原子間力顕微鏡（CAFM）リソグラフィーを用いて、LaAlO3/SrTiO3界面に存在する二次元電子系から幅約10 nmのナノワイヤーを定義した。
• ナノワイヤー断面は、超伝導コherence長（w << ξ ~ 100 nm）よりも著しく小さく、準一次元的性質を保証した。
• 四端子抵抗測定を実施し、輸送特性を評価し、普遍的でない抵抗行動を検出した。
• 電圧-電流（V-I）特性を測定し、超伝導状態と常導状態の間のスイッチングを特定した。
• 温度依存抵抗を記録し、超伝導転移温度（Tc ~ 200 mK）を決定した。
• 電流経路が抵抗に与える影響を体系的に評価し、最大10倍の変動を明らかにした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 幅がコherence長と同等の準一次元LaAlO3/SrTiO3ナノワイヤーにおいて、超伝導性はどのように現れるのか？
• RQ2 これらのナノワイヤーにおいて、超伝導状態でも抵抗が有限であり、電流経路に強く依存するのはなぜか？
• RQ3 これらの1次元系で観察された約200 mK付近の広い超伝導転移は、何によって引き起こされるのか？
• RQ4 V-I曲線は、このような低次元構造における超伝導状態と常導状態のスイッチングダイナミクスをどのように反映しているのか？
• RQ5 超伝導状態における抵抗は、ナノワイヤー内を流れる特定の電流経路にどの程度依存するのか？

主な発見

• 超伝導転移温度（Tc）は約200 mKで測定され、ナノワイヤーにおける強固な超伝導性を示した。
• 広い超伝導転移が観察され、ナノワイヤー系に顕著な不純物や不均一性が存在することを示唆した。
• 超伝導状態においても有限抵抗が継続したため、残留する正規散乱や局在状態の存在が示唆された。
• 四端子抵抗は、電流経路に応じて最大10倍の変動を示し、輸送行動における強い普遍的でない性質を明らかにした。
• V-I曲線は、強いフラクチュエーションや位相スリップを示す超伝導ナノワイヤーの特徴的なスイッチングを示した。
• ナノワイヤーの幅（約10 nm）が超伝導コherence長（約100 nm）よりも著しく小さいことから、準一次元領域に位置することが確認された。