超伝導スピンバルブ・ジョセフソン接合の創成

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04818
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 高村 陽太 東京工業大学, 工学院, 助教 (20708482)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: スピントロニクス / 超伝導

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、まず、超伝導スピンジョセフソン接合において重要な強磁性絶縁体とNbの接合界面の評価を行った。
まず，強磁性絶縁体としてフェライトCoFe2O4と実績のある第二種超伝導体であるNbを採用した。フェライトはCoFe2薄膜のラジカル酸化で作製し、Nbはその後超高真空一貫でスパッタで成膜した。磁化特性やラマン分光法に寄り、フェライトがバルクに近い磁化特性や結晶化していることを明らかにした。Nb薄膜は単層で高い転移温度を示したことから高品質な超伝導薄膜が得られていることを確認した。
まず、CoFe2O4/Nb二層構造において、超伝導スピンバルブ効果の強さを特徴づけるパラメターである交換磁場Γの評価を行った．Nbを薄層化した際の転移温度の低下ぐあいから、交換磁場を定量的に見積、既存の材料系であるEuS/Nbに比べ6倍大きなことが明らかになった。このことはCoFe2O4/Nbの系が、超伝導スピンジョセフソン接合の材料系として高いポテンシャルを持つことを示している。
この結果をもとにCoFe2O4/Nb/CoFe2O4の3層超伝導スピンバルブ構造の研究に移った．輸送特性から、超伝導転移が2 K以下であることがわかり，これはΓの強さを反映していると考えられる．さらにこの試料において，温度2 Kにおいてヒステリシスを持つ磁気抵抗変化が観測された．この抵抗変化は、予想された超伝導スピンバルブ効果とは逆方向の変化ではあったが，新規現象の可能性があり，今後も検討を続けていく．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

磁気抵抗変化が観測できたため。

Strategy for Future Research Activity

得られた磁気抵抗変化の要因を明らかにする。また、CoFe2O4/Nb/CoFe2O4構造をナノ柱状構造へ加工し、縦型超伝導スピンバルブ構造を開発する。