2013 Fiscal Year Annual Research Report
テラヘルツ波発振器を目指した固有ジョセフソン接合の同期現象に関する研究
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25889063
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Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Research Institution | Toyota National College of Technology |
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Principal Investigator |
及川 大 豊田工業高等専門学校, 電気・電子システム工学科, 助教 (40707808)
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| Project Period (FY) |
2013-08-30 – 2015-03-31
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| Keywords | 酸化物高温超伝導体 / ジョセフソン接合 / 自己フラックス法 |
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| Research Abstract |
テラヘルツ電磁波は未開拓周波数領域で有り様々な応用が期待されており，固体で小型の光源開発が渇望されている．その候補の一つとして超伝導体発振器が挙げられる．
高温超伝導体の単結晶に内包される多積層ジョセフソン接合(超伝導層/絶縁層/超伝導層)の同期動作を用いたテラヘルツ電磁波放射を実験的に調査するために，平成25年度においては良質なBi系銅酸化物高温超伝導体単結晶を安価で容易な自己フラックス法を用いて作製することを目的とした．
まずは原料を入れるアルミナ坩堝の純度に着目し，同様の環境下でBi系超伝導体単結晶の成長を試みたところ，結晶の質はアルミナ純度に大きく依存し，配向面の大きな単結晶を得るにはアルミナ純度99.9%以上の坩堝を用いることが必須であるということがわかった．
本研究における自己フラックス法では結晶構造の一部となる酸化ビスマスが他の原料の融点を低下させるいわいるフラックス剤として機能しているが，本来得たい結晶のモル比率よりも酸化ビスマスの配合を多くすることで，配向面の大きな単結晶を得られることがわかった．
以上のようにアルミナ坩堝の純度及び原料の配合比率を明らかにし，Bi系超伝導体単結晶の成長方法を確立し，再現性よく良質な超伝導体単結晶(臨界温度およそ85K)を得ることができるようになった．
また，研究課題と電気特性測定時の自己発熱効果は密接に関係していることが示唆されており，数値計算を用いて多積層ジョセフソン接合における電気特性に自己発熱が寄与する効果を調査したところ接触抵抗部における発熱と接合自身からの発熱との割合で特性が大きく変化することを明らかにした．
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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
研究実績の概要で述べたようにアルミナ坩堝の純度及び原料の配合比率を明らかにし，Bi系超伝導体単結晶の成長方法を確立し，再現性よく良質な単結晶を得ることができるようになった．この成果は当初の本研究費の申請書の平成25年度の目的をおおむね満足した結果であることから，本応募課題はおおむね順調に進展していると評価した．
また本研究費をもちいて超伝導試料の電気的特性の測定設備も整った．
本研究課題である多積層ジョセフソン接合(超伝導層/絶縁層/超伝導層)の同期動作によるテラヘルツ電磁波放射を調べるためには得られた単結晶を微細加工する必要性がありその装置の一つであるフォトリソグラフィの装置が整えば順調に応募課題を遂行できる予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
応募課題である多積層ジョセフソン接合(超伝導層/絶縁層/超伝導層)の同期動作によるテラヘルツ電磁波放射を調べるためには得られた高温超伝導体単結晶を微細加工する必要性がある．そのためにフォトリソグラフィの技術および設備が必要であるが，市販の設備は高額であり本研究費では補うことはできないが，ある程度の品質のフォトリソグラフィを行う装置は安価に自作することが可能であり，本研究費で賄え，順調に進展している最中である．
上記の微細加工技術を用いて微細加工された単結晶の電流電圧特性を調べ，得られた試料の特性を厳密に評価していく予定である．またジョセフソン接合の同期現象と電気特性測定時に生ずる自己発熱効果は密接に関係しており，これについては実験的及び数値解析的の両側からアプローチしており，その成果を学術論文にまとめるとともに平成26年8月に国際会議で発表予定である．
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