2019 Fiscal Year Research-status Report
磁性体／層状超伝導体複合構造におけるコヒーレントスピン依存量子現象
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19K05244
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
入江 晃亘 宇都宮大学, 工学部, 教授 (90241843)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 高温超伝導体 / スピントロニクス / 固有ジョセフソン接合 / ナノ構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，結晶構造に起因した原子層スケールのジョセフソン接合（固有ジョセフソン接合）を自己形成するBi系高温超伝導体を用いて磁性体／固有ジョセフソン接合／磁性体構造を作製し，固有ジョセフソン接合列における層間結合と多数接合にわたる長距離結合の両観点からスピン流が固有接合特性に及ぼす影響を明らかにすること，また，スピン依存量子輸送現象の制御方法を検討し，同接合を利用した新奇なスピン機能素子応用への展開を目指すものである。
一年目の本年度は，固有ジョセフソン接合列におけるスピン流の伝搬距離の評価に取り組んだ。固有ジョセフソン接合の電流―電圧特性は，接合数（超伝導層の数）に対応した多重ブランチ構造を示し，各ブランチの最大電流は構成接合の臨界電流で規定されことから，磁性電極からスピン流を注入した際の多重ブランチ構造の変化を観測し，スピン流の影響を受けている接合数を見積もった。その結果，多重ブランチ構造及び各構成接合の臨界電流に対応するブランチの最大電流値の磁場依存性は，70接合程度を境に傾向が異なることがわかった。接合数が70以下の試料においては，印加磁場に対し，各ブランチは同様の変化を示すのに対し，接合数が70以上の試料では，定電圧側のブランチと高電圧側のブランチで磁場依存性に差異が生じた。これより，固有ジョセフソン接合列におけるスピン流は，70接合程度（約10nm）までは，ほぼ一様に伝搬し，それ以上になると減衰することを確認した。
更に，固有ジョセフソン接合列におけるスピン注入を，磁気結合モデルに基づいて解析した結果，実験で観測された臨界電流の磁場依存性を概ね再現することに成功した。今後，実験と数値解析の両面から，磁性体／固有ジョセフソン接合／磁性体構造における同期現象について研究を進める予定である。
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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
当初計画していた固有ジョセフソン接合列におけるスピン流の伝搬距離について評価することができた。これにより，スピン伝導が固有ジョセフソン接合列における層間結合及び多数接合にわたる長距離結合に及ぼす影響を解明するための足掛かりを得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は，超伝導層間のジョセフソン結合強さに対するスピン流の振る舞い及びスピン流による多数接合の協働現象の解明を目標に以下の研究を遂行する。
(1) ビスマス系高温超伝導体BSCCOはPbを添加することで，層間のジョセフソン結合強さを変えることができることから，Pbを添加した単結晶を用いて磁性体／固有ジョセフソン接合列／磁性体構造を作製し，そのスピン依存伝導特性を調べることで，ジョセフソン結合強さがスピン輸送にどのように関わるのかを評価する。
(2) 固有ジョセフソン接合列では隣接する接合が電磁気的に結合した多重構造を反映して，外部からの電磁波照射により多数接合がコヒーレントな状態に陥る協働現象を発現することが分かっている。そこで，電磁波照射下の固有ジョセフソン接合列にスピン流を注入することで，スピン流が協働現象に及ぼす影響を明らかにするとともに，得られうるジョセフソン電流とスピン流との相互干渉に関する知見に基づき，その制御方法を探索する。
(3) 海外共同研究者と協力しながら実験データを解析するためのモデルの構築を目指す。
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| Causes of Carryover |
購入を予定していた計測機器に比べ同程度の性能を持つ機器が低価格で購入できたため100,000円を次年度使用額とした。
また，繰越分については令和2年度の消耗品費として，液体窒素の購入に充てる予定である。
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Research Products
(9 results)
