2020 Fiscal Year Annual Research Report
Emergence and electrochemical control of Josephson effects in microfabricated single crystals of iron chalcogenide superconductors
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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 / 電気化学 / 異方性 / 非平衡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、微細加工と電気化学的手法を用い、鉄系超伝導体Fe(Te,Se)の単結晶試料をベースとする新奇ジョセフソン効果の探査を目指した。まず、過去に報告された面間微小接合素子の電流電圧(I-V)特性に現れる固有ジョセフソン接合的履歴挙動が、臨界電流密度を超える電流印加によるジュール熱に起因することを初年度に見出し、従来、一部の薄膜試料で成功していた対破壊電流密度(Jc)測定を高品質単結晶に適用する道を切り拓いた。
次年度は、これを面内ブリッジ素子に適用し、ブリッジ内電流密度の均一性を向上させ、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。また、当初のジョセフソン効果探査に向け、面間ブリッジ素子の接合面積微小化に着手した。集束イオンビーム（FIB）による微小結晶片の切出しとFIBアシスト堆積法によるPt配線技術を組み合わせた微小接合素子作製法を新開発し、薄膜試料で作製された面内微小接合とほぼ同じ接合面積（約0.06 um2）の面間微小接合素子の作製に成功した。
最終年度は、面間微小接合素子のI-V特性から得られる臨界電流Icと常伝導抵抗Rnの積(IcRn積)の接合面積依存性を解析し、Fe(Te,Se)系とFeSe系の対比から両系のジョセフソン効果発現性を調べた。Fe(Te,Se)系の異方的常伝導状態は主に過剰鉄に起因し、純良結晶ではFeSe系の異方性の方が強いことを見出した。Fe(Te,Se)系の接合面積を約0.03 um2まで縮め、Icの温度依存性の解析から得られるRn値が小さい起源と超伝導電流の過剰分増大が、ジョセフソン接合の非平衡過程で起こる超伝導増強効果に起因することを解明し、ジョセフソン効果の発現を一部確認した。最後に、電気化学的エッチングに適したイオン液体を用い、接合面積と接合特性を微調整できる可能性を見出した。
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Research Products
(9 results)
