2018 Fiscal Year Research-status Report
磁性ジョセフソン接合を用いた超伝導任意位相差素子の実現とその回路応用
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18K04291
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| Research Institution | Daido University |
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Principal Investigator |
赤池 宏之 大同大学, 工学部, 教授 (20273287)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電子デバイス・機器 / 超伝導材料・素子 / スピントロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超伝導電子回路は、超伝導電子対の状態を表す超伝導巨視的波動関数の位相について、その量子化条件を満たすようにして設計される。本研究では、研究代表者らがこれまで検討してきた巨視的波動関数の位相を制御する超伝導位相シフト技術の発展を目的として、従来の磁性体パターンに替わり、磁性ジョセフソンπ接合を用いた任意の初期位相差を持つ任意位相素子の実現、さらに、本素子の導入による単一磁束量子回路の性能向上を目指している。
平成30年度は、任意位相素子について数値計算に基づく検討を進めた。具体的には、素子に含まれる磁性ジョセフソンπ接合及び通常のジョセフソン接合（0接合）のそれぞれの臨界電流値とインダクタンス値を変化させたとき、素子の位相がどのように変化するかを調査した。その結果、各パラメータの調整により、初期位相差を0からπまで変化させることができることがわかった。また、各素子の位相差のバイアス電流依存性も調査した。一方、実験的検討として、磁性ジョセフソン接合の障壁層には、接合からの高い出力電圧に繋がるため、磁性層に加え、極めて薄い絶縁体を用いることを想定している。この薄い絶縁層は、高い接合容量を伴う。そこで、その効果を確認するため、誘電率の高い酸化ハフニウムを用いて通常の0接合を作製し、その特性評価を行った。その結果、直列に接続された接合の電流電圧特性に、特異な振る舞いが見られるものがあることがわかった。また、磁性層の候補としてNi複合材料を考えているが、まずは単体のNi薄膜を作成し、電気的特性を評価した結果、物性値の数倍程度の抵抗率が室温及び77Kで得られていることを確認した。
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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
任意位相素子として、初期位相差0からπまでの素子を得るための指針を見出すことができた。また、バイアス電流を加えた際、従来の接合では困難な位相差の領域であるπ/2からπまでの素子についての設計指針を得ることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
実際の回路への応用を念頭に、回路パラメータを考慮した任意位相素子の設計について、数値計算に基づく検討を行う。さらに、回路への適用性についての検討を数値計算により進める。一方、素子作製においては、磁性障壁層としてのNi複合材料の作成評価を進める。また、陽極酸化法を新たに導入して、素子作製プロセスの検討を進める。
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| Causes of Carryover |
当初予定していた国際会議発表のための旅費に関して別予算の使用ができたこと、及び、その他効率的に使用することができたため残額が生じた。この分は、次年度の計画のために使用する予定である。使用計画として、ターゲット材、フォトマスク作製、基板材料、化学薬品、真空部品、デバイス作製用プロセスガスなど試料の作製評価に関わる消耗品等を予定している。
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