2016 Fiscal Year Research-status Report
１次元超伝導ー絶縁体転移と自己双対量子デバイスの研究
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16K04877
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
篠崎 文重 九州大学, 理学研究院, 名誉教授 (80117126)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浅野 貴行 福井大学, 学術研究院工学系部門, 講師 (00301333)
牧瀬 圭正 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 主任研究技術員 (60363321)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超伝導細線 / エピタキシャル膜 / 電気輸送特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究開始式段階においては、これまでの研究に基づくNbTiN 超伝導細線における「超伝導ー絶縁体転移」の実験結果を「超伝導オーダーパラメターの位相スリップと磁束運動」という双対性の立場から解析し、提案されている双対性理論との良い一致を得る事が出来た。この結果は我々が目指す研究目的を遂行する上で、重要な結果を考えている。この論文完成後、
「均一な乱雑さ」を有する1次元超伝導ナノワイヤーの作成と評価を当年度の目標とした。従来から15K台の転移温度を有する超伝導Niobium Nitride（NbN)のエピタキシャル2次元膜をMgO 基板上に製膜、細線化してきたが、今回NbN との格子ミスマッチの小さい3C-SiC（シリコンカーバイト、３Cタイプ）基板を選び、成膜、細線化を行った。その結果以下を得た。
・RHEED 観察から、均質な表面を保証するストリークを観察できた。
・XRD 観察からは、基板の格子定数を反映したシャープなピークを得、MgO 基板上薄膜に比 べ、基板の格子定数によくマッチした薄膜作成に成功した。
・作成した試料数は限られているが、超伝導細線の電気抵抗の温度・磁場依存性測定を行っ た。その結果、従来に比べて、巨大な負の磁気抵抗を観察した。本来磁場は超伝導を破壊 する働きがあるが、我々の細線では磁場印加と共に、電気抵抗が減少する。これを負の磁 気抵抗を呼ぶ。この振る舞いは超伝導細線に本質的な位相スリップへの磁場の効果である ことは間違いない。今後、デバイスへと発展させる際の重要な特徴と考えている。
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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
超伝導細線作成に関しては、従来からの実績があり、当年度の「高質試料」作成は蒸着基板を目的に適した材料を選び、ほぼ達成することができた。29年の目標である「輸送特性評価」への道筋を確認するため、作成した試料に限り、予備測定を行った。その結果、基板変更に伴うと思われる新たな結果を得た。
・MgO 基板に比べ、臨界磁場が極めて大きい。
・磁場、温度に複雑に依存するが、限られた領域であるが、磁場誘起超伝導現象を見出し
た。
しかし、詳しく解析するには至っていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
細線の膜厚、幅、電圧端子間長を広範囲に変化させ、新しい細線基板3C-SiCの電気抵抗の温度、磁場依存性を明らかにする。28年度に得られた異常に大きい臨界磁場、磁場誘起超伝導の原因探索を行う。
最終年度の目標であるデバイス作成に向け、必要条件を洗い出す。さらに高抵抗細線が必要となった場合、スパッタ―条件等の検討を行う。
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| Causes of Carryover |
研究分担者の一人でる牧瀬氏が、本年４月から研究場所が産総研に変わった。この移動に伴う諸々の事情により、試料作成がやや遅れた。すでに新任地に着き、再スタートした。２８年度に確立した作成条件を基に、細線幅、長さ、乱れの程度等を変化させ、種々の抵抗値を持ち、安定した細線作成を行う。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
２８年度の予備実験でも、有意の結果を得ている。29年度は3年に一度の低温物理国際会議がスウエ―デンで開催される。代表者、分担者は28年度の結果を踏まえた複数の発表を予定しており、持ち込資金の一部は会議の参加費、渡航費に充てる予定で会える。更に代表者は中間年でもあり、分担者との密な研究打ち合わせ、国内学会発表も必要である。分担者は、試料作成に欠かせない、均質な単結晶基板の購入、低温実験に必要な寒剤の購入に充てる。
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