2020 Fiscal Year Research-status Report
Artificial control of superconducting transition temperature and its applications to detector devices
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20K21011
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
大谷 知行 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, チームリーダー (50281663)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 超伝導薄膜 / マイクロ波共振器 / 力学インダクタンス検出器 / ハイパボリックメタマテリアル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
物質固有の値とされてきた超伝導転移温度Tcが膜構造で人工的に制御できる可能性が直流特性評価によって示されているが、その検証や応用可能性は不十分である。 そこで本研究では、制御性と再現性の高い超伝導体-絶縁体の積層薄膜を用いてマイクロ波力学インダクタンス検出器（MKIDs）を作製し、周波数2-8GHzでのマイクロ波透過ゲイン測定を行って、単純な直流特性評価とは異なる方法によって高いTcでの超伝導性の発現を検証することを目指した。
まず、希釈冷凍機(Dilution cryostat)に計8個の温度計を追加搭載して温度較正環境を整えた上で、Al薄膜と酸化Alの5層構造（Al/AlOx/Al/AlOx/Al、各Al層の厚み8 nm、酸化層は酸素雰囲気中でのAl酸化を利用）のMKIDs検出器を作製し、マイクロ波透過ゲイン測定実験を0.19-1.91 Kの温度範囲で行った。その結果、バルクのTcが約1.15KであるAlに対し、このデバイスでは1.7-1.8Kでマイクロ波透過ゲインの周波数特性が大きく変化することを確認した。さらに、正規化したマイクロ波透過ゲインの変化を温度の関数としてプロットしたところ、低周波数ほど信号透過率の温度変化が急峻となる傾向が見られた。一方、今回の実験セットアップでは、導入したマイクロ波の配線ロスにより低周波に行くほど印加電力が高くなっている可能性があり、観察された特性が今回作製した多層薄膜特有の影響であるのか、あるいは、電力印加の周波数依存性による影響であるかについて、今後さらなる検証が必要である。
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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
希釈冷凍機に温度計を追加搭載して、適切な温度較正が可能な冷凍機環境を整えた。また、5層構造（Al/AlOx/Al/ AlOx/Al、Al層の厚み8 nm/層、酸化層は酸素雰囲気中でのAl酸化を利用）のMKIDs検出器を作製してマイクロ波透過ゲインの温度依存性を測定する実験を行った結果、バルクのTcが約1.15KであるAlに対して1.7-1.8Kで特性が大きく変化することを確認した。特に、これについて、マイクロ波周波数依存性のデータ取得を達成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度の研究においては、マイクロ波信号の周波数が低いほど信号透過率変化が急峻となる傾向が見られたが、一方で、このような傾向が起こる原因としては、導入配線によるロス等が要因となっている可能性もあり、このような傾向が薄膜特有の影響か、それとも電力印加による影響であるかについて検証が必要である。このために、配線ロスの周波数依存性も考慮した考察を進めていく予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響で出張をしての実験を一部行えなかったため、2021年度に連携研究者とも協力しながら実施する。
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