2019 Fiscal Year Research-status Report
Bi系高温超伝導ウィスカーの臨界電流密度改善と単独型テラヘルツ波発振素子への応用
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17K06362
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| Research Institution | Yonago National College of Technology |
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Principal Investigator |
田中 博美 米子工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (60511491)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
及川 大 豊田工業高等専門学校, 電気・電子システム工学科, 准教授 (40707808)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電子・電気材料 / 解析・評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は未利用周波数帯であるテラヘルツ(THz)波を高出力発振できる素子を作製することを目指す。素子作製にはBi系高温超伝導体の内部構造である固有ジョセフソン接合を利用する。また、Bi系高温超伝導体には高出力化に必要な“高い臨界電流密度”と“優れた放熱性”を兼ね備えた針状単結晶(ウィスカー)を採用した。具体的には以下の3点について検討を行う。
① Bi系高温超伝導ウィスカーのJcを改善し、THz波発振素子への投入電力を増加させる。
② 放熱性に優れるウィスカー単独型のTHz波発振素子を作製しジョセフソン特性およびTHz波の発振を観測する。
③ 汎用型バルク敏感光電子分光法を用いてJc改善およびTHz波発振素子の作製プロセスにおける電子／化学結合状態の変化を調べる(①と②にフィードバックする)。
本年度は、Jc値の更なる増加のためBi系超伝導ウィスカーに対して“表面改質処理”を施す際の水浸処理時間について検討を行なった。その結果、5時間以上の長時間の水浸処理はJc向上には効果が無いことが分かった。これは、表面に形成される水和物層が厚すぎて、有効電流面積が逆に減少したためであると考えられる。
またジョセフソン特性の観測を目指してウィスカー単独型の素子を作製し、特性評価を行なった。具体的には①で作製した高Jc - Bi系高温超伝導ウィスカーに対して低温での水素アニール処理を行ない、電流経路を偏向するプロセスを施した。これにより、Bi系高温超伝導ウィスカーに内在する固有ジョセフソン接合を利用できる単独型素子を作製に成功した。
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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
今年度の研究では、水との反応を利用した表面改質処理でJcを改善したBi系高温超伝導ウィスカーにおいて単独型素子を作製し、THz発振に必要なジョセフソン接合特性が得られた。ジョセフソン接合特性を得るための処理である水素アニール処理法は、簡便な手法であり今後、一層の発展が期待できる。以上のことから、本研究は、おおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
① Bi系超伝導ウィスカー単独型発振素子による放熱性の改善
作製した高Jc - Bi系高温超伝導ウィスカーに対して引き続き水素アニール処理法を適用する。その際、アニール条件等の素子作製プロセスを最適化し、接合数や抵抗値等の重要な素子パラメータを制御可能かどうか検証する。
② Bi系超伝導材料の電子／化学状態解析
①で作製した試料において、表面処理による化学結合状態へのダメージ等の情報をフィードバックする必要がある。この評価は微小部光電子分光装置(μXPS) (島津Kratos製、AXIS-ULTRA)を用いた分析により行う。
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| Causes of Carryover |
新たな共同研究先の協力により、開発中の単独型テラヘルツ(THz)波発振素子をより多角的に評価できるようになってきた。そこで、本研究の目的である「高出力THzデバイスの実現」を高い再現性を持って達成するためにも、追加実験の実施が必要であると判断し、延長手続きを行なった。延長期間の必要経費（研究旅費、消耗品等）として、残額を使用する予定である。
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[Journal Article] Crystal Growth, Structural Analysis, and Pressure-Induced Superconductivity in a AgIn5Se8 Single Crystal Explored by a Data-Driven Approach2020
Author(s)
Ryo Matsumoto, Zhufeng Hou, Hiroshi Hara, Shintaro Adachi, Hiromi Tanaka, Sayaka Yamamoto, Yoshito Saito, Hiroyuki Takeya, Tetsuo Irifune, Kiyoyuki Terakura, and Yoshihiko Takano
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Journal Title
Inorg. Chem.
Volume: 59
Pages: 325-331
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Data-driven exploration for pressure-induced superconductors using diamond anvil cell with boron-doped diamond electrodes and undoped diamond insulating layer2020
Author(s)
Ryo Matsumoto, Zhufeng Hou, Shintaro Adachi, Masanori Nagao, Sayaka Yamamoto, Peng Song, Noriyuki Kataoka, Pedro Baptista de Castro, Kensei Terashima, Hiroyuki Takeya, Hiromi Tanaka, Takayoshi Yokoya, Tetsuo Irifune, Kiyoyuki Terakura, and Yoshihiko Takano
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Journal Title
High Pressure Research
Volume: 40
Pages: 22-34
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Pressure-induced superconductivity in the layered pnictogen diselenide NdO0.8F0.2Sb1－xBixSe2 (x=0.3 and 0.7)2019
Author(s)
R. Matsumoto, Y. Goto, S. Yamamoto, K. Sudo, H. Usui, A. Miura, C. Moriyoshi, Y. Kuroiwa, S. Adachi, T. Irifune, H. Takeya, H. Tanaka, K. Kuroki, Y. Mizuguchi, and Y. Takano
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 100
Pages: 094528
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Pressure-induced Superconductivity in Tin Sulfide2019
Author(s)
R. Matsumoto, P. Song, S. Adachi, Y. Saito, H. Hara, A. Yamashita, K. Nakamura, S. Yamamoto, H. Tanaka, T. Irifune, H. Takeya, and Y. Takano
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 99
Pages: 184502
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Data-driven Exploration for Pressure-induced Superconductors Using Novel Diamond Anvil Cell with Boron-doped Diamond Electrodes2019
Author(s)
MATSUMOTO, Ryo, Hou ZHUFENG, YAMAMOTO, Sayaka, Masanori NAGAO, ADACHI, Shintaro, YAMAMOTO, Takafumi, SAITO, Yoshito, Hiromi TANAKA, TERASHIMA, Kensei, Tetsuo IRIFUNE, TAKEYA, Hiroyuki, Kiyoyuki TERAKURA, TAKANO, Yoshihiko
Organizer
Material Research Meeting-2019 (MRM 2019), Session: D-3 (Science and Technology of Superconductivity), Abstracts, D3-11-I10.
Int'l Joint Research
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[Presentation] Crystal Size Improvement of Bi2Sr2CaCu2O8+x Superconducting Whiskers Using Stress-controlled Precursors2019
Author(s)
YAMAMOTO, Sayaka, MATSUMOTO, Ryo, ADACHI, Shintaro, TAKANO, Yoshihiko, Hiromi TANAKA
Organizer
Material Research Meeting-2019 (MRM 2019), Session: D-3 (Science and Technology of Superconductivity), Abstracts, D3-11-P03. （ポスター発表）
Int'l Joint Research
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[Presentation] 集束イオンビームを用いた超伝導回路のマスクレス描画2019
Author(s)
松本 凌, E. S. Sadki, 青戸 淳之介, 山本 紗矢香, 齋藤 嘉人, 足立 伸太郎, 田中 博美, 竹屋 浩幸, 高野 義彦
Organizer
2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会, 講演予稿集, 19p-C213-9. （口頭発表）
