2022 Fiscal Year Research-status Report
Development of superconducting sensing technology using the tip of a sharp glass tube
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21K04819
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
小久保 伸人 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (80372340)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 超伝導量子干渉計 / 針状石英ガラス細管 / ナノセンシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鋭利な石英ガラス管先端に大気中で劣化しにくい超伝導窒化膜を成膜するナノサイズのSQUIDの開発を進めている。これまで作製した先端型ナノSQUIDの輸送特性を調べることにより，素子が動作する温度・磁場範囲及び磁束感度の評価を行ってきた。磁気イメージングに役立つ磁気探針として機能するかどうかが次のステップとなるが，市販の走査型プローブ顕微鏡に開発中の先端型ナノSQUIDをそのまま探針として実装することは簡単ではない。このため当該年度は先端型ナノSQUIDを探針として装着できる液体ヘリウム温度で動作可能な走査型プローブ顕微鏡の構築を試みた。
試作した顕微鏡本体の構成は次の通りである。まず先端型ナノSQUIDの探針を機械的にしっかりと保持しながらその電気的特性を検出するセンサ部を作製し，これに試料を３方向（XYZ方向）に可動するピエゾ駆動ステージと突き合わせた。探針先端と試料表面の距離は，探針に突きあてた音叉型水晶振動子の共振特性（スロープ検出法）を利用して捉え，試料側のピエゾ駆動ステージにフィードバックして制御した。顕微鏡本体は断熱真空管と最大磁場２テスラの超伝導ミニ磁石内におさめ，除震された液体ヘリウム容器内に挿入した。走査機構の基本的な動作確認として，ミアンダー構造を持つサブミクロン幅の金属細線の試料を用意し，素子先端を近づけて試料表面の凹凸像を室温及び低温で取得することができた。液体ヘリウム温度での磁気イメージングは次年度以降の課題となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
大気中で劣化しにくい窒化ニオブチタン薄膜を溝付ガラス管先端に成膜した先端型ナノSQUIDを作製してきた。SQUIDとして動作する素子の成功例は少なく，歩留まりの問題は解消できていないが，ニオブの金属薄膜に比べると当初の予想通り大気中での劣化速度を大きく抑えることができた。真空中で保管すれば劣化の進み方がさらに緩やかとなるので，作り置きが可能となるなど，素子としての扱いが比較的容易になってきた。一方，開発中の素子を磁気イメージングの磁気探針として用いるには，特殊な探針ホルダーを持つ低温動作可能な走査型プローブ顕微鏡が必要となった。このため顕微鏡本体を試作し，細線構造をもつ試料表面の凹凸像を取得するところまで進んだが，先端型ナノSQUIDを支える石英ガラス管が折れる等のトラブルが頻発し，磁気イメージングまで進めなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
歩留まりやガラス管の割れはいずれもテーパ加工したガラス管の形状が関係している可能性が高い。CO２レーザーを用いたガラス管の加工条件を抜本的に見直すことにする。併せて顕微鏡本体で用いる接着剤や固定する材料の材質及び形状を見直し，過剰にガラス管にはたらく力を低減させたい。
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| Causes of Carryover |
顕微鏡に必要な部品調達に時間を要し，当初予定していた寒剤（液体ヘリウム）を用いた実験を十分に行うことができなかった。来年度の顕微鏡の部品費用と寒剤費用に充てたい。
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