科学技術振興機構(JST)は、同機構の基礎研究事業の一環として、東北大学原子分子材料科学高等研究機構の川崎雅司教授ならびに同大学金属材料研究所の岩佐義宏教授が、材料の電気の流れやすさを電圧によって制御することで、絶縁体である透明な酸化物を超伝導状態に変換することに成功したと発表した。

同研究は、透明な絶縁体であり、酸化物エレクトロニクスの分野で、電子デバイス用基板として用いられているチタン酸ストロンチウムを用いて行われた。

作製された素子は、従来の電界効果トランジスタの絶縁層の代わりにプラスチックであるポリエチレンオキシドに過塩素酸カリウムを溶かした電解質をチタン酸ストロンチウム単結晶に接触させ、界面に電気二重層を自己生成させた構造を採用している。

その素子のゲート電極に正の電圧を加えると、プラスの電荷を持つカリウムイオンが結晶表面に集まり、結晶内部に電子が誘起され、従来の電界効果トランジスタの限界を10倍以上上回る多量の伝導キャリアの導入が可能になることが確認され、ゲート電極にかけた電圧を大きくすると、絶縁体のチタン酸ストロンチウム基板に電気が流れる状態に変わるトランジスタ動作が確認された。

電気二重層トランジスタの素子構造の模式図(半導体としてチタン酸ストロンチウム単結晶、電解質として過塩素酸カリウムのポリエチレンオキシド溶液、ゲート電極として白金線が採用されている)

2.5V以上のゲート電圧で温度を下げていくと、温度の低下とともに電気抵抗が小さくなっていく金属的な伝導が確認され、-272.85℃で抵抗が急速に減少し、ゼロ抵抗となる超伝導が観察されたという。また、測定後、ゲート電極にかけた電圧を0Vに戻すと元通りの絶縁体に戻ったという。

なお、この超伝導制御の手法は材料を問わずに適用が可能であり、今後は不純物による導電性制御が難しかった材料へ研究を広げることで、高温での超伝導転移温度を持つ材料の実現に向けた取り組みが進められるという。