高温超伝導を用いたSQUID磁気顕微鏡システムの開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09555128
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 円福 敬二 九州大学, 大学院・システム情報科学研究科, 助教授 (20150493)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 茅根 一夫 セイコーインスツルメンツ(株), 技術総括部, 課長(研究員) ; 吉田 啓二 九州大学, 大学院・システム情報科学研究科, 教授 (80108670) ; 木須 隆暢 九州大学, 大学院・システム情報科学研究科, 助教授 (00221911)
• Keywords: 高温超伝導 / SQUID / 磁気センサ / 磁気顕微鏡 / ジョセフソン素子 / バイクリスタル基板 / 磁束ノイズ

Research Abstract

本研究は液体窒素温度(T=77K)で動作するSQUID磁気センサを用いた磁気顕微鏡の開発を目的としている。今年度は液体窒素温度でのSQUID磁気センサの高性能化を中心に研究を行った。このため、レーザ蒸着法を用いた高温超伝導薄膜(YBaCuO薄膜)の高品質化プロセスを確立した。このプロセスにより最高レベルの品質(臨界温度Tc=93K、臨界電流密度j_c=4x10^6A/cm^2(atT=77K))を持つYBaCuO薄膜を安定的に得ることが可能となった。
また、SQUIDの高性能化に必要な高性能ジョセフソン接合の開発を行った。SQUIDの高性能化のためには臨界電流I=20μA、接合抵抗R=10Ωを持つジョセフソン接合が必要となるが、これまで上述の要求を満たす高性能ジョセフソン接合は開発されていない。このため本研究ではバイクリスタル形のジョセフソン接合の接合特性に及ぼす傾角の影響を定量的に調べ、傾角30度のバイクリスタル接合を新たに開発した。この傾角30度の接合により上述の要求を満たすことに世界で初めて成功した。また同接合を用いることにより、設計から期待されるように、液体窒素温度でのSQUID性能を飛躍的に改善することに成功した。本研究で開発した傾角30度のバイクリスタル接合は高性能SQUIDに必須なものとして高い評価を得ている。
さらに、1cm角の基板の上に磁界検出用のコイルとSQUIDを集積化したいわゆる直接結合型の磁気センサを開発した。本磁気センサの磁界検出感度はT=77KでB_n=30fT/Hz^<1/2>であることを示し、この種のセンサとしては世界最高の性能を持つことを実証した。

Research Products

• [Publications] 円福敬二: "高温超伝導量子干渉磁気センサの高性能化" 応用物理. 66巻・4号. 377-386 (1997)
• [Publications] K.Enpuku: "Resonant characteristics of high Tc dc SQUID caused by large dielectric constant of SrTiO_3" IEEE Transactions on Applied Supercondactivity. vol7,no2. 3355-3358 (1997)
• [Publications] T.Minotani: "Effect of Capacitive feedback on the characteristics of direct cartent SQUID coupled to a multiturn input coil" Journal of Applied Physics. vol82,no1. 457-463 (1997)
• [Publications] T.Minotani: "High Performance dc superconducting quantum interference device utitizing a bicrystal junction with 30 degree misorientation angle" Japanese Journal of Applied Physics. vol36.no8B. L1092-L1095 (1997)
• [Publications] K.Enpuku: "Recent development of high Tc dc SQUID magnetometer" IEICE Transactions on Electronics. vol80-C no.10. 1240-1246 (1997)
• [Publications] J.Beyer: "Low noise YBaCuO Single layer dc SQUID magnetometer based on bicrystal junction with 30 degree misorientation angle" Applied Physics Letter. vol72,no2. 203-205 (1998)