2022 Fiscal Year Final Research Report

Development of quantum voltage noise source using high-temperature superconductor for precision thermodynamic thermometer

Research Project

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Project/Area Number	20H02631
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 29030:Applied condensed matter physics-related
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	Urano Chiharu 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (30356589)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	永崎洋国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 首席研究員 (20242018) 三澤哲郎国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (40635819) 森田行則国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (60358190) 石田茂之国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (90738064) 内藤裕一国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (80392637)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	超伝導 / 高温超伝導 / ジョセフソン接合 / ヘリウムイオンビーム顕微鏡 / 微細加工
Outline of Final Research Achievements	In this research, we focused on developing a technique for fabricating Josephson junctions using Helium Ion Microscopy (HIM) lithography. We successfully utilized HIM to pattern YBa2Cu3O7-δ, a copper oxide high-temperature superconductor, to form Josephson junctions. We observed that the critical current and resistance of these Josephson junctions systematically varied according to the irradiation conditions of the helium ion beam. Additionally, we confirmed the appearance of quantized voltage steps under microwave irradiation. To evaluate the characteristics of the fabricated Josephson junctions, we developed a compact cryocooler capable of simultaneously measuring the current-voltage characteristics of up to 10 devices, with a minimum achievable temperature of 43 K.
Free Research Field	電気標準
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	ヘリウムイオン顕微鏡技術を用いた微細構造部物性制御・加工の研究は萌芽期にあり、基礎的なことで未解明な点が多い。本研究の学術的な意義は、ヘリウムイオンの照射で高温超伝導体に誘起される物質の微視的な構造変化と物性の変化の関係を明らかにすることを試みた点である。本手法によって、高温超伝導体だけでなく、他の物質群の物性制御が可能になれば、新たなデバイスを創出できる可能性がある。その意味で、本研究の取り組みは社会的にも意義があると考えている。