非対称な磁束ピンニングセンターを用いた超伝導素子の基礎的研究

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18560307
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 原田 直幸 山口大学, 大学院理工学研究科, 助教授 (00222232)
• Keywords: 超伝導 / ピンニングセンター / 非対称 / 臨界電流 / 微細加工 / 磁束線

Research Abstract

超伝導体の臨界電流密度は、超伝導体内部の数十ナノメートルの問隔の磁束線格子とピンニングセンターとの相互作用により決定する。本研究では、微細加工技術を用いて溝型の非対称な磁束ピンニングセンターを超伝導膜に導入し、その特性と素子への応用に関する検討を行った。
18年度の研究成果は以下の通りである。
(1)磁束ピンニングに関して計算機でのシミュレーションを行い、傾斜状やステップ状の非対称人工ピンの形状に対してピン止め特性を検討し、ピン止め特性に非対称性が生じる可能性があることを示し、それぞれの形状の特徴を明らかにした。
(2)実験を行うために必要な欠陥が非常に少ない超伝導ニオブ膜を、電子ビーム蒸着装置を使用してサファイア基板上にエピタキシャル成長させて作製した。また、その超伝導膜の特性をSQUIDを用いた高感度の磁化測定装置を使用して磁気モーメントを測定し評価した。その結果、今後の実験に使用できる超伝導膜が得られた。
(3)実際に超伝導膜に非対称人エピンを導入するための方法として、(1)複数回のリソグラフィーを行ってステップ状の人工ピンを導入する方法、(2)湿式のエッチングにより等方的に加工して1回のリソグラフィーにより非対称部分を作製する方法について、実現の可能性を検討した。実際に、非対称な形状の人工ピンを1mm×1mm×0.5μmの超伝導膜に導入した結果、繰り返し周期が4〜6ミクロン程度の微細加工に対して(1)の方法が可能であることがわかった。