2018 Fiscal Year Research-status Report
| Project/Area Number |
18K18870
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
山下 太郎 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (60567254)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
|
| Keywords | 超伝導 / 磁性体 / 近接効果 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
2018年度は、スピン誘起ウィークリンク（Spin-WL）素子の作製プロセス検討と、素子の作製に先立って超伝導体NbN及び磁性体NiFe, CuNi, PdNi等の成膜条件の探索、Spin-WL素子の試作、そして微小電圧測定系の立ち上げを行った。まずNbNに関しては、直流マグネトロンスパッタにより成膜し、フォトマスクを用いて4端子測定パターンを作製し、反応性イオンエッチングによりパターンを形成した。成膜時のアルゴン及び窒素ガス比等の成膜条件を変化させつつ、超伝導転移温度や抵抗率等の物理特性を体系的に調べ、最も良好な超伝導性を示す成膜条件を見出した。また磁性体に関しても、交流もしくは直流マグネトロンスパッタを用いて成膜を行い、キュリー温度等の磁気特性を評価した。
さらに、超伝導体上の局所的な磁性膜形成のために必要となる、微小領域のリフトオフプロセスが可能かどうか調べるため、膜厚20 nm及び幅2 μmの超伝導体NbN上に、様々なサイズの磁性膜を局所的に成膜後、リフトオフを試み可能であることを確認した。その上で、Spin-WL素子の初期的な試作を行った。
また、作製したSpin-WL素子に関して電流-電圧特性評価を行うため、ナノボルトメーターを用いた微小電圧測定系の立ち上げを行った。電流-電圧特性が既知の金属的ジョセフソン接合をリファレンスとして用い、液体ヘリウムにより低温下で測定することで、サブμVの微小電圧を測定できることを確認した。また冷凍機による素子評価も見据え、冷凍機実装用コンポーネントを購入し準備に着手した。
以上、Spin-WL素子の実現に向けた基礎となる、素子作製プロセスの実証、成膜条件の最適化、そして微小電圧測定系の構築を行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
まず超伝導体の成膜条件としては、新規成膜装置の立ち上げから始めたが、成膜時のアルゴン及び窒素ガス比等の成膜条件を変化させつつ、超伝導転移温度等の物理特性を体系的に調べ条件出しを行った結果、転移温度15.4 Kの良好な超伝導特性を示すNbN膜の作製に成功した。また磁性膜の成膜及びリフトオフ可能性に関しても、膜厚20 nm及び幅2 μmの超伝導体NbN上に、膜厚190 nm及び幅20 μmで、長さが500 nm, 700 nm, 1 μm, 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μmの様々な長さをもつ磁性膜を局所的に成膜し、リフトオフプロセスを試みた。その結果、長さ500 nmの磁性膜パターンのみ、リフトオフ時に膜剥がれが生じたが、それ以外の素子はリフトオフプロセスに成功した。以上の結果から、Spin-WL素子作製のために必要となる基本的な条件出しや作製プロセス実証まで、概ね順調に進展しているといえる。
また、Spin-WL素子のジョセフソン臨界電流の評価に必須となる、微小電圧を評価可能な電流-電圧特性測定系に関しても、ナノボルトメーターを組み込むことでサブμVを測定できることを確認しており、測定系の立ち上げも順調に進展している。現在は液体ヘリウムを用いて評価しているが、今後の冷凍機による素子評価も見据えて、冷凍機実装用コンポーネント（セミリジッドケーブル）を購入し立ち上げを開始した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
現在、試作したSpin-WL素子を構築した微小電圧測定系を用いて評価・解析中である。今後は、超伝導膜及び磁性膜の各膜厚や、局所的な磁性膜の面積等を変化させて多くの素子を作製し、得られた測定結果からフィードバックをかけることで、磁性材料や磁気特性、素子構造の最適化を行う。そして、磁性体からの逆近接効果に起因した、超伝導ワイヤにおけるジョセフソン効果の発現を行い、SQUIDや論理回路等への超伝導デバイス応用を目指す。また、作製プロセスに関しても、より歩留まりや制御性の高い手法の可能性を探索し、現在のコンタクト露光装置によるリフトオフ手法に加え、電子線描画装置やマスクレス露光装置を用いた微小な磁性膜形成についても検討する予定である。
|
