| Project/Area Number |
20K05314
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 29010:Applied physical properties-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
馬渡 康徳 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (70358068)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
東 陽一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (70801059)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 超伝導工学 / メゾ・スケール / 数理的研究 / シミュレーション / ジョセフソン接合 / 三端子デバイス / 非平衡準粒子 / 縦磁場臨界電流 / 臨界電流 / 超伝導薄膜 / 数理モデル / 検出器 |
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| Outline of Research at the Start |
メゾ・スケール(nm~μm)領域における超伝導工学は，検出器，共振器，および接合等の電子デバイスや，量子化磁束ピンニングおよび臨界電流等の超伝導線材に関する研究開発など，重要かつ活発な研究開発分野である．一方，この領域の超伝導現象を記述する Ginzburg-Landau (GL) 方程式は，変分構造や対称性など数理的に良い性質をもち，解析学や関数論等の数理研究でも豊富な成果がある．本研究では，GL および Eilenberger 方程式等を基にした理論・シミュレーション技術に，数理研究の手法を導入した新たな効率的解析手法を開発し，実験主導で進められているメゾ・スケール領域の超伝導工学を格段に発展させる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、(1)ジョセフソン接合の磁気干渉、(2)超伝導三端子デバイス、および(3)超伝導薄膜の臨界電流に関して、それぞれ次のような研究成果が得られた。
(1)「斜め磁場中ジョセフソン接合の磁気干渉における臨界電流密度の不均一性の影響」三次元斜め磁場を十字型接合に印加したときの臨界電流の磁場依存性について数理的解析を行い、接合面のジョセフソン臨界電流密度 Jc が空間的に不均一である場合について理論的に考察した。特に接合面の外周付近の Jc が大きいとき、均一 Jc の場合に比べてさらに複雑多様な磁気干渉効果が現れることを明らかにした。
(2)「超伝導三端子デバイスのシミュレーション」超伝導細線による三端子デバイス nTron を超伝導・半導体ハイブリッド・デバイスのインターフェースとして用いる場合を想定し、nTron のゲートにパルス電流を入力したときのチャネル電圧の出力について数値シミュレーションを行った。ゲートへのパルス入力によりチャネルが常伝導転移して出力が現れるが、チャネルのシャント抵抗等に応じて、チャネルが常伝導転移したままで出力が継続する場合と、チャネルが超伝導状態に復帰して出力が消える場合があることを明らかにした。
(3)「マイスナー状態における超伝導薄膜の臨界電流」超伝導薄膜に平行磁場を印加して輸送電流を通電し、マイスナー状態が安定である限界として定義した臨界電流について、一次元 Ginzburg-Landau 方程式を基に数値的・理論的解析を行った。膜厚が磁場侵入長と同程度以下であるとゼロ磁場の中臨界電流密度は対破壊電流密度と同程度になり、また縦磁場(通電電流と外部磁場が平行)の場合は、横磁場(通電電流と外部磁場が垂直)の場合より、臨界電流の外部磁場依存性が緩やかであること明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
メゾ・スケール超伝導工学に関する３つの研究テーマ、すなわち (1)ジョセフソン接合の磁気干渉、(2)超伝導三端子デバイス、および(3)超伝導薄膜の臨界電流に関して、それぞれ数理的研究および数値シミュレーション研究を行い、学会発表および論文投稿を行った。また、超伝導細線における非平衡準粒子の拡散とトラップについても数理的・数値的研究を行って学会発表を行い、本研究課題は概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)「斜め磁場中ジョセフソン接合における特異な磁気干渉」に関する研究成果をまとめて論文発表を行う。
(2)「超伝導三端子デバイスのシミュレーション」に関して、ゲート電流を固定したときの直流三端子動作シミュレーションについて論文発表を行い、またゲートにパルス電流を入力したときのチャネル電圧の出力特性についてゲートのインピーダンスに注意した解析を行って学会発表を行う。
(3)「超伝導薄膜における臨界電流」について、特に縦磁場と横磁場の場合で臨界電流の磁場依存性が大きく異なる機構を解明し、学会発表・論文発表を行う。
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