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2023 年 7 月 19 日の特集

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イングリッド・ファデリ著、Tech Explore

ペロブスカイト構造を持つストロンチウムとチタンの酸化物であるチタン酸ストロンチウム (SrTiO3) は、スピン軌道結合、電気的調整性、型破りな超伝導など、多くの有利な特性を備えています。 アルミニウムやニオブなどの従来の金属の超伝導と比較して、SrTiO3 の超伝導は低い電子密度でも持続し、電圧の印加によって制御できます。

SrTiO3 のユニークな特性により、SrTiO3 は量子技術の開発にとって有望な材料となっています。 しかし、SrTiO3 ナノ構造には高レベルの無秩序性があるため、これらのデバイスの開発はこれまでのところかなり困難であることが判明しています。

スタンフォード大学、SLAC国立加速器研究所、その他の研究機関の研究者らは最近、高い電子移動度を示すSrTiO3をベースとした新しいゲート調整可能なデバイスを実現した。 Nature Electronics に掲載された論文で紹介されたこれらのデバイスは、量子化された電荷を輸送することができ、SrTiO3 ベースの量子技術の開発に貴重な影響を与える可能性があります。

「私たちは、SrTiO3にナノメートルスケールの狭いチャネルを作る方法を学びたかったのです」と、この研究を実施した研究者の一人、エフゲニー・ミヘエフ氏はTech Xploreに語った。 「この材料は、その異常な超伝導性のため、技術的にも科学的にも興味深いものであり、低密度ではトランジスタのような構造内のゲート接点に電圧を印加することで超伝導を制御することができます。

「私たちの主な目的は、欠陥や不純物（「無秩序」）の量が十分に少ないデバイスを作成して、電子が欠陥に衝突することなく狭いくびれの中を弾道的に流れる状況に入ることでした。非常にきれいなサンプルでは、​​これが量子化された電荷につながる可能性があります。これは、私たちの論文に示されている電気伝導度データのプラトー間のステップとしてはっきりと観察できます。」

ミヘエフ氏と彼の同僚によって実現されたデバイスは、個別の弾道チャネルを介した量子化された電荷輸送を可能にするために注意深く研究された独自の設計を備えています。 これらは、薄いハフニウム酸化物バリア層によって分割された、SrTiO3 2D 電子ガス チャネルとイオン液体ゲートに基づいています。

「私たちの研究は、デビッド・ゴールドハーバー・ゴードンのグループによる以前の2つの研究に基づいています」とミヘエフ氏は説明した。 「1つ目は、2021年に発表された私の以前の論文で、チタン酸ストロンチウムの狭いくびれを報告しました。これは、イオン液体ゲートと呼ばれる技術を使用してSrTiO3の表面に2D電子ガスを作成することによって作成されました。イオン液体は局所的に存在します。」 「ナノパターン化されたゲートコンタクトを備えたチタン酸ストロンチウムの影で、くびれが生じています。この研究で私たちが改善したかった点は、無秩序を減らすことでした。」