2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high sensitive magnetometer and Ultra Low Field MRI System for plastic contaminant detectrion
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19H02153
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
田中 三郎 豊橋技術科学大学, エレクトロニクス先端融合研究所, 教授 (10271602)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
有吉 誠一郎 豊橋技術科学大学, エレクトロニクス先端融合研究所, 准教授 (20391849)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 高温超伝導 / ジョセフソン接合 / FIB / シャピロステップ / YBCO |
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| Outline of Annual Research Achievements |
HTS-SQUIDでは、コヒーレント長(超伝導性のしみ出し距離)が1nmと短いことから、現状では、結晶軸に傾角を持たせて貼り合わせた特殊基板上に成膜して、粒界型接合（JJ）としている。従って、特殊基板の貼合わせライン上にしかJJを作製することができず、SQUIDの設計に大きな制限がある。我々はJJの作製法を見直して“新粒界型JJ”を開発することで磁束ノイズが一桁小さいHTS-SQUIDを実現することを目指した。
初年度はYBCO超伝導薄膜をレーザ蒸着法でこれまで出来ていなかった100nmで臨界温度が80K以上の薄膜を作製する技術を確立した。2年目には薄膜を上にFIB装置を用いて、数nm幅のイオンビーム描画によって、局所的に酸素欠損を導入してJJを形成し、臨界電流のナノブリッジ幅および照射量依存性を調べた。その結果、制御性を向上させるためには、更なる薄膜化が必要であることが判明した。その後、薄膜作製条件を検討してMgO（100）基板上に成膜した80nmのYBa2Cu3O7-δ（HTS）薄膜において臨界温度85Kが得られるようになった。また、FIB加工時のイオンダメージを防ぐための保護層として，厚さ20nmのAu層をin-situで蒸着した。フォトリソグラフィーとアルゴンイオンミリングによって，幅4μmのHTSマイクロチャネルを形成し、さらにHTSマイクロチャネルの幅をFIBラインスキャンで縮小しナノブリッジを形成した。
その結果、ガリウムFIBを用いた作製プロセスを最適化し、接合幅80nmでより高いJC（5MA/cm2）のHTS薄膜を用いることで、77Kで最大5つのシャピロステップを示す接合を作ることができた。この成果は米国IEEE国際学会で報告すると共に論文として発表された。
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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
当初予定のジョセフソン接合の低ノイズ化を進めることが出来た。臨界温度が80K以上の80nm厚さのYBCO薄膜作製や、FIB条件の検討を進めることで、ジョセフソン接合特有のマイクロ波照射により5つのシャピロステップの確認ができており、概ね順調に推移していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
HTS-SQUIDでは、コヒーレント長(超伝導性のしみ出し距離)が1nmと短いことから、現状では、結晶軸に傾角を持たせて貼り合わせた特殊基板上に成膜して、粒界型接合（JJ）としている。従って、特殊基板の貼合わせライン上にしかJJを作製することができず、SQUIDの設計に大きな制限がある。我々はJJの作製法を見直して“新粒界型JJ”を開発することで磁束ノイズが一桁小さいHTS-SQUIDを実現することを目指す。初年度にYBCO超伝導薄膜をレーザ蒸着法で作製し、FIB装置を用いて、数nm幅のイオンビーム描画によって、局所的に酸素欠損を導入してJJを形成し、その特徴であるシャピロステップを観測することができた。さらに2年目には80nmの薄膜化にも成功いている。
今年度はさらに薄膜化を進めて膜厚50nm膜を使用してドーズ量等のイオン照射条件やイオン種を変えて慎重に実験を行い、シミュレーションと合わせることで最適条件を探索して粒界制御技術を確立する。NMR信号の取得に関しては、分極法を検討すると共に、今年度検体の温度と緩和時間の依存性を評価する。
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