2012 Fiscal Year Research-status Report
走査ＳＱＵＩＤ顕微鏡を用いた粒界の電流分布と磁束のその場同時観察
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24560389
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
有沢 俊一 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (00354340)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内山 哲治 宮城教育大学, 教育学部, 准教授 (10323784)
遠藤 和弘 金沢工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50356606)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 走査SQUID顕微鏡 / 磁束量子 / 超伝導 |
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| Research Abstract |
超伝導体中では磁束が量子化され、その磁束量子は電流を流すことによりローレンツ力と同等の力を受けて移動することが知られている。近年、その磁束量子の移動が整流作用を示すことが見いだされた。申請者らは、くさび形などの試料を用い走査SQUID顕微鏡(SSM)によって実空間で一本一本の磁束量子を実空間で直接観察し、この効果による磁束量子の整流作用の過程を明らかにしようとしてきたが、この研究の中で薄膜中を流れる電流ベクトルを磁束量子と同時に測定する手法を編み出してきた。本研究はこの手法を利用してこれまでの観察を発展させ、局所的な電流測定を磁束測定と同時に行うことにより、結晶粒界付近における磁束量子の挙動を直接観察することを目的としている。
平成24年度においては、走査SQUID顕微鏡を用い、局所的な電流測定を磁束測定と同時に行うことにより、結晶粒界付近における磁束量子の挙動を直接観察することを目標とし、予備的な実験を進めた。これまで電流測定は粒界接合のない薄膜により行ってきたが、粒界の存在する薄膜に加工を施した上で電流分布と磁束量子測定の実験を行った。また、粒界接合以外の弱結合の作製を試みる。これらの試料に対して走査SQUID顕微鏡測定を行い、磁束と電流の相互作用の直接観察と可視化を実施した。また、アンチドット付近に電流が流れた際の磁場分布の計算を行った。また、試料となる超伝導薄膜の合成における高品質化も併せて実施した。
これらの研究実施により、結晶粒界ジョセフソン接合への量子化磁束の進入過程の直接観察に成功し、また円形以外のアンチドット以外でも電流を評価する方法を示した。このように平成24年度においては、本研究の最終的目的へ至る上での重要な知見が得られた。
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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
本研究における実験においては、液体ヘリウムの使用が不可欠であるが、平成24年度は世界的なヘリウムの供給不足により、特に年度後半においては液体ヘリウムの入手が非常に困難であった。このため、走査SQUID顕微鏡を稼働させての実験は必ずしも十分な回数を実施することはできなかった。しかし、計算、過去のデータの解析、試料作製のための予備実験等などを組み合わせて実施することにより必要なデータが蓄積され、それらを発表してきた。さらにこれらにより次年度以降の実験の指針も数多く得ることができた。
一方、走査SQUID顕微鏡による薄膜についても、より高品質な超伝導薄膜の合成に成功している。
以上のような状況から、計画はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度のヘリウムの供給状況には依然として予断を許さない状況であるが、24年度において予備的な測定データが多く得られたので、当初の計画通り、微細加工した薄膜を用いた測定を実施する予定である。
また、研究分担者らによる高品質薄膜の合成も併せて推進する。
ヘリウム供給状況の改善が思わしくない場合も考慮し、計算を用いた検討も行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
前述のとおり供給状況はやや不確定ではあるが、走査SQUID顕微鏡による測定に不可欠である液体ヘリウム購入に主として用いる予定である。また測定の高度化を行うために装置の治具製作や測定装置等にも使用する。
また、これまでの研究で得られた成果の発表のための旅費や参加費、また研究分担者との打ち合わせや共同研究実施のための旅費としての使用も計画している。
さらに、試料とするための研究分担者による薄膜合成および評価についても使用を予定しており、基板や原料等の消耗品などに用いる予定である。
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