2019 Fiscal Year Research-status Report
鉄カルコゲナイド単結晶への電気化学的制御による新奇ジョセフソン効果の研究
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18K03547
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| Research Institution | Aoyama Gakuin University |
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Principal Investigator |
北野 晴久 青山学院大学, 理工学部, 教授 (00313164)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
孫 悦 青山学院大学, 理工学部, 助教 (30824180)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 鉄カルコゲナイド / 対破壊電流密度 / ジョセフソン効果 / スピン軌道相互作用 / 多バンド / 電気化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度の研究成果に基づき、集束イオンビーム（FIB）を用いて作製したFe(Se,Te)単結晶の微小ブリッジ素子に対して、面内対破壊電流密度（Jc）の測定と面間ジョセフソン接合素子の作製に取り組んだ。まず前者について、Jc決定にはブリッジ内電流密度を均一にする必要があり、ブリッジ高さから得られるPearl長とブリッジ幅の比が均一性の指標とされる。電流密度が大きい面内の方がブリッジ高さを抑える必要がある一方、FIB加工時のアモルファス層形成に伴う特性劣化は、加工回数の増加やブリッジ高さが１um以下の場合によく表れる。このため測定は困難だったが、均一性が格段に向上した（Pearl長がブリッジ幅の約2倍）素子に対し、0.5Tc<T<Tcの温度範囲で最大値1.5 MA/cm2を示すJc測定に成功した。温度依存性もBCS理論の効果を考慮した従来理論とよく一致し、面内Jcの決定に強い手応えを得た。
次に後者について、Jcが面内よりも小さい面間の方がジョセフソン効果の発現に有利と考え、面間素子の接合面積縮小に取り組んだ。従来の方法では、縮小化に伴う素子破損のリスク増加のため、断面積が約0.3 um2が限界と判明し、素子作製方法を再検討した。透過型電子顕微鏡用試料の作製に多用される手法を採用し、FIBのPtデポジッション機能を用いて電極と配線を作製し、断面積が約0.06 um2の微小接合素子の作製に成功した。過減衰型ジョセフソン接合の特性に似た振舞いを観測したが、臨界電流値が大きいこと及びマイクロ波照射でシャピロステップが観測されないことから、ジョセフソン効果の発現にはまだ至っていないが、超微小接合の素子作製において大きな進展があったと判断した。
これと並行してFe(Se,Te)単結晶におけるCoドープ試料を作製し、Coドープ量の増加と共に試料合成時の過剰鉄が増加する傾向を見出した。
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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
昨年度の研究成果を学術論文として投稿し厳格な査読過程を経て出版されたこと、及びその延長として面内対破壊電流密度測定に取り組み、問題点の精査を経て、より厳格な測定値が得られ、異方性評価に向けて確かな手応えを得たこと、さらに新たな単結晶微小接合素子の作製方法を確立し、面間方向のジョセフソン接合素子の作製に向けて大きく飛躍できたこと、の3点から実施前の予想を上回る大きな進展があったと判断される。一方、当初計画していた、集束Gaイオンビーム加工の後にArイオンミリングを追加工してブリッジ部分の極薄膜化を行い、電界キャリア注入効果を検証する研究については、先送りする結果となった。以上より、予想より十分に進展した部分と実施できず先送りした部分が残ったという意味で、「おおむね順調に進展している」と判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
過剰鉄濃度を制御した試料に対する面内対破壊電流密度を決定し、異方性を評価する。さらに、集束Gaイオンビーム加工後のArイオンミリング追加工によるブリッジ部分の極薄膜化や弱結合化に取り組み、電界キャリア注入効果の検証とジョセフソン接合化に取り組む。また、CoドープしたFe(Se,Te)単結晶に対する過剰鉄除去アニールを実施し、Coドープに伴うバンド構造の変化を評価するための磁気輸送特性測定に取り組む。ただし、新型コロナウイルスの全世界的感染拡大の影響により、素子作製と特性評価が実施できない状況が約2か月続いているため、昨年度までより研究推進が非常に困難な状況にあることを付記しておく。
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| Causes of Carryover |
分担者に分配した分担金の物品費において予定額よりも少額で購入できたものがあったが、余剰金が千円未満であったため、次年度に予想される論文出版費の一部に使用する予定である。
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