JP3390028B2 - 超伝導体膜およびその製造方法 - Google Patents

超伝導体膜およびその製造方法

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は超伝導体膜およびその
製造方法に関し、より詳しくは、センサー素子,集積回
路用配線などに用いうる超伝導体膜およびその製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】最
近、超伝導体材料としてアルカリフラライドが注目され
ている。アルカリフラライドは、図３(b)に示すよう
に、フラーレン分子Ｃ60とアルカリ金属原子Ａとからな
る。フラーレン分子Ｃ60は、同図(a)に示すように、６
０個の炭素原子がサッカーボール形に集まったもので、
炭素原子がばらばらの状態で存在するよりも原子１個当
たり７.４eＶだけエネルギー的に安定な状態にある。こ
のフラーレン分子Ｃ60が集まった面心立方型結晶(１.５
eＶのバンドギャップをもつ直接遷移型半導体。エネル
ギー的にさらに安定。)に対して、所定のアルカリ金属
原子Ａを注入したものがアルカリフラライドである。ア
ルカリフラライドは、全体としてＢiＦ3型結晶構造をな
し、アルカリ金属原子Ａが４配位と６配位との２種類の
サイトに入るため、化学式Ａ′2Ａ″1Ｃ60で表される
(ただし、Ａ′は４配位のアルカリ金属原子、Ａ″は６
配位のアルカリ金属原子を意味する。)。このアルカリ
フラライドは、安定な超伝導相を持ち、特に、Ａ′＝Ｒ
b、Ａ″＝Ｃsのとき(Ｒb2ＣsＣ60)は、通常の金属超伝
導体材料よりも高い超伝導転位温度Ｔc＝３１.３０Ｋを
示すことから、新しい電子材料として幅広い応用が期待
されている。
【０００３】しかしながら、従来は、アルカリフラライ
ドについて配向性に優れた単結晶膜が得られていないた
め、このような高い超伝導転位温度を示す材料をマイク
ロエレクトロニクス分野などで活用することができなか
った。
【０００４】そこで、この発明の目的は、高い超伝導転
位温度を示し、かつ、配向性に優れた単結晶からなる超
伝導体膜およびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため、この発明の超伝導体膜は、ヨウ化カリウム
基板上に積層されたアルカリフラライドからなる超伝導
体膜であって、上記アルカリフラライドの組成が、上記
基板側から順にＫ3Ｃ60、Ｋ2ＲbＣ60、Ｒb2ＫＣ60、Ｒb
3Ｃ60、Ｒb2ＣsＣ60になっていることを特徴としてい
る。
【０００６】また、この発明の超伝導体膜の製造方法
は、ヨウ化カリウム基板上に、アルカリフラライドＫ3
Ｃ60、Ｋ2ＲbＣ60、Ｒb2ＫＣ60、Ｒb3Ｃ60およびＲb2Ｃ
sＣ60を順にエピタキシャル成長させることを特徴とし
ている。
【０００７】この発明は、本発明者による次の解析、考
察により創出された。
【０００８】本発明者は、まず、現在までに知られてい
るアルカリフラライドＡ′2Ａ″Ｃ60について、アルカ
リ金属原子Ａ′Ａ″と超伝導転位温度との関係を調べ
た。図４に示すように、アルカリフラライドＫ3Ｃ
60(Ａ′＝Ａ″＝Ｋ)、Ｋ2ＲbＣ60(Ａ′＝Ｋ、Ａ″＝Ｒ
b)、Ｒb2ＫＣ60(Ａ′＝Ｒb、Ａ″＝Ｋ)、Ｒb3Ｃ60(Ａ′
＝Ａ″＝Ｒb)、Ｒb2ＣsＣ60(Ａ′＝Ｒb、Ａ″＝Ｃs)の
超伝導転位温度は、それぞれ１９.２８Ｋ、２１.８０
Ｋ、２４.４０Ｋまたは２６.４０Ｋ、２９.４０Ｋ、３
１.３０Ｋとなっている。この図から、アルカリ金属原
子の原子番号が大きいほど、言い換えれば、格子定数a0
が大きいほど、超伝導転位温度Ｔcが高くなっているこ
とが分かる。なお、上記アルカリフラライドは、すべて
面心立方構造で、その格子定数a0は、順に１４.２５３
Å、１４.２９９Å、１４.３３６Åまたは１４.４３６
Å、１４.４９３Åである。
【０００９】次に、超伝導体膜を設けるべき基板につい
て考察した。アルカリフラライドの単結晶膜を得るため
には、イオン結晶からなる基板を用い、イオン結晶の静
電ポテンシャルを利用してエピタキシャル成長を行うの
が最も有効であると考えられる。そのためには、まず、
基板の結晶構造がアルカリフラライドの結晶構造と類似
していることが必要となる。例えば、ＮaＣl型アルカリ
ハライドがこの条件を満たしている。次に、基板の格子
定数がアルカリフラライドの格子定数の整数分の１に近
いことが必要となる。一番近いものとしてヨウ化カリウ
ム(２a0＝１４.１３１Å)が挙げられる。しかしなが
ら、上記アルカリフラライドのうち一番超伝導転位温度
が高いＲb2ＣsＣ60に対して２.５６％の格子不整合があ
る。このため、このままではＲb2ＣsＣ60層を配向性に
優れた単結晶状態に成長することはできない。
【００１０】そこで、我々は、上記アルカリフラライド
がすべて同一の結晶構造を持ち格子定数のみ異なること
に着目して、アルカリフラライドのうち超伝導転位温度
が低いものを格子不整合を緩和する緩衝層として利用す
ることを考えた。そして、ヨウ化カリウム基板上に、ア
ルカリフラライドＫ3Ｃ60、Ｋ2ＲbＣ60、Ｒb2ＫＣ60、
Ｒb3Ｃ60およびＲb2ＣsＣ60を順に積層することを考案
した。このとき、ヨウ化カリウム基板と最下層のＫ3Ｃ
60との格子不整合は０.８６％、また、各層間の格子不
整合はそれぞれ０.３９％、０.５０％、０.４５％、０.
３２％であるから、結晶成長が無理なく行なわれる。
【００１１】
【実施例】以下、この発明の超伝導体膜およびその製造
方法を実施例により詳細に説明する。
【００１２】図１に示すように、ヨウ化カリウム基板１
の(１００)面上に、アルカリフラライドＫ3Ｃ60層２、
Ｋ2ＲbＣ60層３、Ｒb2ＫＣ60層４、Ｒb3Ｃ60層５および
Ｒb2ＣsＣ60層６を順にエピタキシャル成長させて、超
伝導体膜を構成する。最上層６の厚みは、緩衝層２,３,
４,５よりも厚くし、約１０００Åとした。作製した超
伝導体膜は超伝導転位温度Ｔc＝３１.３０Ｋを示した。
また、Ｘ線回折法により分析したところ、図２に示すよ
うに、ヨウ化カリウム基板１の(２００)反射に加えて、
Ｒb2ＣsＣ60層６の(２００)反射および(６００)反射を
観測することができた。この結果は、ヘテロエピタキシ
ャル成長がなされ、上記Ｒb2ＣsＣ60層６が実際に(１０
０)配向した単結晶膜となっていることを示している。
【００１３】このように、この発明によれば、高い超伝
導転位温度を示すアルカリフラライド、特にＲb2ＣsＣ
60について配向性に優れた単結晶膜を得ることができ
る。したがって、アルカリフラライド超伝導体をマイク
ロエレクトロニクス分野などで活用することができる。
【００１４】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の超
伝導体膜は、ヨウ化カリウム基板上に積層されたアルカ
リフラライドからなる超伝導体膜であって、上記アルカ
リフラライドの組成が、上記基板側から順にＫ3Ｃ60、
Ｋ2ＲbＣ60、Ｒb2ＫＣ60、Ｒb3Ｃ60、Ｒb2ＣsＣ60にな
っているので、Ｒb2ＣsＣ60が持つ高い超伝導転位温度
を示すことができる。しかも、このＲb2ＣsＣ60最上層
は、Ｋ3Ｃ60、Ｋ2ＲbＣ60、Ｒb2ＫＣ60、Ｒb3Ｃ60が格
子不整合を緩和する緩衝層として働くので、通常のエピ
タキシャル成長法により、配向性に優れた単結晶状態に
作製される。
【００１５】また、この発明の超伝導体膜の製造方法
は、ヨウ化カリウム基板上に、アルカリフラライドＫ3
Ｃ60、Ｋ2ＲbＣ60、Ｒb2ＫＣ60、Ｒb3Ｃ60およびＲb2Ｃ
sＣ60を順にエピタキシャル成長させるので、高い超伝
導転位温度を示し、かつ、配向性に優れた単結晶超伝導
体膜を作製することができる。
【００１６】また、上記アルカリフラライドを上記ヨウ
化カリウム基板の(１００)面上に成長させる場合、上記
Ｒb2ＣsＣ60最上層を(１００)配向させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施例の超伝導体膜の断面を示
す図である。
【図２】 上記超伝導体膜のＸ線回折パターンを示す図
である。
【図３】 フラーレン分子とアルカリフラライドの結晶
構造を示す図である。
【図４】 アルカリフラライドの格子定数a0と超伝導転
位温度Ｔcとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１ ヨウ化カリウム基板 ２ Ｋ3Ｃ60層 ３ Ｋ2ＲbＣ60層 ４ Ｒb2ＫＣ60層 ５ Ｒb3Ｃ60層 ６ Ｒb2ＣsＣ60層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−17114（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−75168（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−124894（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−160450（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−201715（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−238885（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−258621（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−199510（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−176799（ＪＰ，Ａ) Ｙｕｓｅｉ ＭＡＲＵＹＡＭＡ ｅｔ ａｌ．，ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＰＲ ＯＰＥＲＴＩＥＳ ＯＦ Ｃ60 ＡＮＤ ＡＬＫＡＬＩ ＭＥＴＡＬ ＤＯＰＥ Ｄ Ｃ60 ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ ＯＲ ＳＩＮＧＬＥ ＣＲＹＳＴＡＬＳ，Ｐ ｈｙｓｉｃａ Ｃ，1991年12月１日，Ｖ ｏｌｓ．185−189，Ｐａｒｔ １，ｐ ｐ．413−414 Ｋａｒｏｌｙ ＨＯＬＣＺＥＲ ｅｔ ａｌ．，Ａｌｋａｌｉ−Ｆｕｌｌｅｒ ｉｄｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓ：Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，Ｃｏｍｐｏｓ ｉｔｉｏｎ，ａｎｄ Ｄｉａｍａｇｎｅ ｔｉｃ Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ，Ｓｃｉｅ ｎｃｅ，1991年５月24日，Ｖｏｌ．252, ｐｐ．1154−1157 Ｔ．Ｔ．Ｍ．ＰＡＬＳＴＲＡ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｒａ ｎｓｐｏｒｔ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｋ３Ｃ60 Ｆｉｌｍｓ，Ｐｈｙｓ ｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒ ｓ，1992年２月17日，Ｖｏｌ．68，Ｎ ｏ．７，ｐｐ．1054−1057 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 C01B 31/02 ＣＡ（ＳＴＮ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ヨウ化カリウム基板上に積層されたアル
    カリフラライドからなる超伝導体膜であって、 上記アルカリフラライドの組成が、上記基板側から順に
    Ｋ3Ｃ60、Ｋ2ＲbＣ60、Ｒb2ＫＣ60、Ｒb3Ｃ60、Ｒb2Ｃs
    Ｃ60になっていることを特徴とする超伝導体膜。
  2. 【請求項２】 ヨウ化カリウム基板上に、アルカリフラ
    ライドＫ3Ｃ60、Ｋ2ＲbＣ60、Ｒb2ＫＣ60、Ｒb3Ｃ60お
    よびＲb2ＣsＣ60を順にエピタキシャル成長させること
    を特徴とする超伝導体膜の製造方法。
  3. 【請求項３】 上記アルカリフラライドを上記ヨウ化カ
    リウム基板の(１００)面上に成長させることを特徴とす
    る請求項２に記載の超伝導体膜の製造方法。
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EP2322475A1 (en) 2009-11-17 2011-05-18 Siemens Aktiengesellschaft Method of synthesis of a fulleride of metal nano-cluster and material comprising a fulleride of metal nano-cluster

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Ｋａｒｏｌｙ ＨＯＬＣＺＥＲ ｅｔ ａｌ．，Ａｌｋａｌｉ−Ｆｕｌｌｅｒｉｄｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ：Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ａｎｄ Ｄｉａｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９１年５月２４日，Ｖｏｌ．２５２，ｐｐ．１１５４−１１５７
Ｔ．Ｔ．Ｍ．ＰＡＬＳＴＲＡ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｋ３Ｃ６０ Ｆｉｌｍｓ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９２年２月１７日，Ｖｏｌ．６８，Ｎｏ．７，ｐｐ．１０５４−１０５７
Ｙｕｓｅｉ ＭＡＲＵＹＡＭＡ ｅｔ ａｌ．，ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＯＦ Ｃ６０ ＡＮＤ ＡＬＫＡＬＩ ＭＥＴＡＬ ＤＯＰＥＤ Ｃ６０ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ ＯＲ ＳＩＮＧＬＥ ＣＲＹＳＴＡＬＳ，Ｐｈｙｓｉｃａ Ｃ，１９９１年１２月１日，Ｖｏｌｓ．１８５−１８９，Ｐａｒｔ １，ｐｐ．４１３−４１４

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