2016 Fiscal Year Annual Research Report
Detection of a single-flux-quantum at 4.2 K by means of a ultra-charge-sensitive single-electron device
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15K13999
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
水柿 義直 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (30280887)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 単一磁束量子 / 単一電子 / 集積回路 / 低温 / 周波数変調 / 確率共鳴 / パーコレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，超伝導リング内の磁束量子の有無を，後付けした単一電子素子で検出することを目標とした。研究期間２年目の平成２８年度では，まず単一電子素子の作製方法の確立を目指した。数百ナノメートルという比較的大きな寸法の電極上に金ナノ粒子を散布することでパーコレーションに似た電流パスを形成し，単一電子素子を作製したところ，ゲート電圧に応じてソース・ドレイン電極間の抵抗が変化する三端子素子動作が確認された。作製方法によって，容量結合ゲート型の特性や抵抗結合ゲート型の特性が得られ，最高動作温度として室温動作も確認された。また，散布する金ナノ粒子については，あえて大小２種類の寸法を混ぜることで，「大きな帯電効果」と「小さな抵抗」という相反する特性の両立を改善することができた。
年度の後半では，「磁束量子の有無を単一電子素子で検出する」という本研究課題の目標を実現すべく，超伝導ニオブ集積回路上に金ナノ粒子散布法を用いて単一電子素子の作製を試みた。超伝導ニオブ集積回路については，前年度の設計の不具合を修正し，超伝導回路の配線と，その上に作製する単一電子素子との配線とが同時に可能となるレイアウトを実現した。試作初期においては，単一電子素子と外部回路との間の電気的接触がとれないという問題が生じたが，単一電子素子の電極作製プロセスを改良することで解決された。最終的には，超伝導ニオブ集積回路上に複数の単一電子素子を作製し，その特性を液体ヘリウム温度で測定するに至った。残念なことに，単一電子素子そのものの特性にはクーロン閉塞が現れたものの，ゲート電圧に対する応答が弱く，磁束量子の有無を検出するには至らなかった。解決すべき課題としては，ゲート電圧への感度向上を目指したレイアウトの実現，および，単一電子素子の歩留まりの向上が挙げられる。
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