2021 Fiscal Year Annual Research Report
ジョセフソン電流の２次元磁界変調特性を使った超伝導量子干渉計ホログラム
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19K04538
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
中山 明芳 神奈川大学, 工学部, 教授 (90183524)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
穴田 哲夫 神奈川大学, 付置研究所, 名誉教授 (20260987)
渡邉 騎通 神奈川大学, 工学部, 助教 (60533776)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 超伝導デバイス / 磁界特性 / ニオビウム / 超伝導電流 / 超伝導量子干渉計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では超伝導体としてニオビウム金属材料を使い超伝導素子を製作している。超伝導体のニオビウム膜はマグネトロンスパッタリング法を使う。真空装置の中でアルゴンガス中の放電により超伝導ニオビウム薄膜を堆積した。薄い酸化膜はアルミニウムの膜を同じくマグネトロンスパッタリング法を使い下部電極のニオビウム上に堆積している。数nmの厚さのアルミニウムの酸化膜を使用し、上部電極とワイヤリング電極も同じくニオビウムを使用し、トンネル型のサンドイッチ構造ジョセフソン接合を作成した。超伝導量子干渉計SQUIDとしても、2つのサンドイッチタイプの超伝導トンネル接合を下部電極同士、上部電極同士を超伝導体ニオビウムで並列に二つ接続した縦型構造を使った。
トンネルバリアとしては通常のアルミニウム酸化膜の他に強磁性体のバリアをスパッタリング法で堆積する方法も研究した。強磁性体のバリアとしては、鉄、ニッケル、コバルト、鉄とニッケルの合金であるパーマロイ合金（８０%と５０%パーマロイの両方）の堆積を試みた。特に薄膜中で磁化の強さMと磁界の強さHの比である透磁率の高い鉄、コバルト、パーマロイ合金で試料台側にも永久磁石を置くことによる、通常の１Pa前後の圧力でのDC放電堆積法を見つけた。
下部電極ニオビウム/アルミニウム酸化膜/上部部電極電極/ワイヤリング電極の構成で製作したQUID構造において、バリア面と平行な磁界を２次元に走査し２次元磁界に対する超伝導電流の変調特性を得た。このSQUID構造は「２次元磁界走査に対する超伝導電流変調特性」上に縞状の変調特性を有することを確認し、さらにその縞構造の分枝構造も測定した。数値解析もおこない、この縞構造の分枝構造の位置とSQUID構造のトンネル素子の実空間での磁束量子の捕獲位置が対応することをシミュレーションでも確認した。
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