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物性:La2−xSrxCuO4における対の量子抵抗での超伝導体–絶縁体転移

Nature 472, 7344 doi: 10.1038/nature09998

銅酸化物系の高温超伝導は、絶縁体親化合物に臨界濃度を超えてドープすると起こる。超伝導体–絶縁体転移時に正確に何が起こるのかは、未解明の重要な問題である。最もあいまいさのない方法は、電界効果を用いてキャリア密度を調節することである。例えば、この方法を使って、弱い電子局在によって超伝導SrTiO3がフェルミガラス絶縁体に変わることがわかった。しかし、銅酸化物系の場合、この方法は長年にわたって技術的に困難であった。それは、完全な極薄膜と巨大な局所電場(>109 V m−1)が必要なためである。最近、そのような電場が、電気二重層トランジスター構造で電解質やイオン液体を用いることで得られている。今回我々は、1単位胞の厚さのLa2−xSrxCuO4エピタキシャル膜の合成および二重層トランジスターの作製について報告する。非常に大きい電場と、それによって誘発される表面キャリア密度変化によって、最高30 Kの臨界温度変化が可能になる。数百に及ぶ抵抗–温度曲線と抵抗–キャリア密度曲線が記録され、それらが単一の関数に収縮することが示された。これは、二次元超伝導体–絶縁体転移について予測されたとおりである。観測された臨界抵抗はまさに、対に対する量子抵抗(RQ = h/(2e)2 = 6.45 kΩ)となる。このことは、量子位相ゆらぎに駆動される相転移、およびクーパー対(非)局在化が起こることを示唆している。

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