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微小ジョセフソン超格子におけるメゾスコピック現象発現制御とデバイス化への基礎研究

研究課題

研究課題/領域番号 13450119
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関宇都宮大学

研究代表者

大矢 銀一郎  宇都宮大学, 工学部, 教授 (00006280)

研究分担者 濱崎 勝義  長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (40143820)
北村 通英  宇都宮大学, 工学部, 助教授 (90161497)
入江 晃亘  宇都宮大学, 工学部, 助教授 (90241843)
研究期間 (年度) 2001 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
12,700千円 (直接経費: 12,700千円)
2003年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
2002年度: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2001年度: 7,500千円 (直接経費: 7,500千円)
キーワード酸化物高温超伝導体 / (Bi_<1-x>Pb_x)_2Sr_2CaCu_2O_y / 固有ジョセフソン接合 / ジョセフソン効果 / 準粒子トンネリング / d波超伝導体 / クーロン・ブロッケイド / サブギャップ構造 / 酸化物高温超電導体 / トンネル効果 / 超伝導量子干渉素子 / エネルギーギャップ / 高温超伝導体 / Bi_2Sr_2CaCu_2O_y / 単結晶 / ジョセフソン・トンネル接合 / 臨界電流密度
研究概要

本研究は、層状酸化物高温超伝導体(Bi_<1-x>Pb_x)_2Sr_2CaCu_2O_y(0≦x≦0.2)単結晶(転移温度T_c〜85K)に内在するイントリンシック・ジョセフソン結合超格子[超伝導CuO_2層(0.3nm厚)がその他の半導体ないし絶縁体層(1.2nm厚)と原子層スケールで交互に自然積層し、その非金属層を介してジョセフソン・トンネル結合することにより形成されるジョセフソン接合自然超格子]をサブμmまで微小化することにより、同超格子におけるジョセフソン・トンネル特性の本質を明らかにして、これを基礎にメゾスコピック現象の発現解明と制御を行い、そのデバイス応用への知見をも得ることが目的である。
本研究で得られた成果は次のようにまとめられる。
1.接合サイズが0.7×0.7μm^2までの微小矩形メサ構造のイントリンシック・ジョセフソン接合超格子素子製作技術を開発した。接合サイズがμmオーダーの立体構造素子の製作技術も開発した。
2.微小素子では発熱効果が抑制され、その電流-電圧特性上に明確なエネルギーギャップ構造を観測することに成功した。観測されたギャップ値Δ(4.2K)は、xに依存せず25-30meVであった。
3.このギャップ構造を示す準粒子トンネル電流-電圧特性の全形を説明する理論モデルを構築した。
4.このギャップ構造の内部にx、温度、弱磁界に依存しない微細なサブギャップ構造も観測された。これは、交流ジョセフソン電流と光学ラマンフォノンとの相互作用に起因していると解釈された。
5.Bi_2Sr_2CaCu_2O_yの4.2Kにおける素子の臨界電流密度J_cは、接合サイズがサブμmに減少し接合数Nが増大すると、大きく減少する。これは微小超格子に生じたクーロン・ブロッケイド効果によるものと判断された。これを基に、単電子対トンネル素子を試作したが、特性を明確にはできなかった。

報告書

(4件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (67件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (67件)

  • [文献書誌] Oya, Gin-ichiro: "New features of subgap structures in intrinsic Josephson junctions of (Bi_<1-x>Pb_x)_2Sr_2CaCu_2O_y"Physica C. 362. 138-144 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Irie, Akinobu: "Transport properties of small-sized intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y"Physica C. 362. 145-149 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Irie, Akinobu: "Intrinsic Josephson tunnelling properties in small-sized Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O mesas"Supercond.Sci.Technol.. 14. 1097-1101 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Saito, Atsushi: "Random telegraph voltage noise in a Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+x> intrinsic Josephson junction"IEEE Trans.Appl.Supercond.. 11. 304-307 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Saito, Atsushi: "1/f noise of Bi_2Sr_2CaCu_2O_y intrinsic Josephson junctions"J.Appl.Phys.. 90. 2911-2914 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Saito, Atsushi: "Temperaure dependence of low-frequency noise properties in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y intrinsic Josephson junctions"Extended Abstracts, 8^<th> International Superconductive Electronics Conference (ISEC'01). 405-406 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Oya, Gin-ichiro: "The origin and features of the subgap structure in intrinsic Josephson junctions in Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O superconductors"Extended Abstracts, 8^<th> International Superconductive Electronics Conference (ISEC'01). 429-430 (2001)

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    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Irie, Akinobu: "Pair and quasiparticle tunneling characteristics of small- sized intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y"Physica C. 367. 393-399 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Irie, Akinobu: "Gap structures in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y intrinsic Josephson junctions"Sing.J.Phys.. 18. 99-103 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kitamura, Michihide: "Quaspparticle tunneling current-voltage characteristics of intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>"Phys.Rev.B. 66. 054519-1-054519-10 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Shukrinov, Yuri: "Coupling of intrinsic Josephson junctions and subgap structures in the current-voltage characteristics of high-T_c superconductors"Supercond.Sci.Technol.. 15. 178-182 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Oya, Gin-ichiro: "The influence of microwave irradiation on the pronounced subgap structures in intrinsic Josephson junctions of (Bi_<1-x>Pb_x)_2Sr_2CaCu_2O_y"Physica C. 372-376. 110-114 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Ali, Nazia Jabeen: "Size dependent properties of the intrinsic Josephson junction in Bi-Sr-Ca-Cu-O single crystals in external magnetic fields"IEICE Trans.Electron.. E85-C. 809-813 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Oya, Gin-ichiro: "Approach to rf devices of Bi_2Sr_2CaCu_2O_y intrinsic Josephson junctions"EuroConference on the Physics and Applications of the Intrinsic Josephson Effect. (CD-ROM). (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Saito, Atsushi: "Temperaure dependence of the low-frequency noise properties in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y intrinsic Josephson junctions"IEEE Trans.Appl.Supercond.. 13. 904-907 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Irie, Akinobu: "Rf-induced steps in intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y"IEEE Trans.Appl.Supercond.. 13. 908-911 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kitamura, Michihide: "Temperature dependence of critical currents of small-sized intrinsic Josephson in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. 29(印刷中). (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kaneoya, Hirokazu: "Interaction between optical phonons and ac Josephson oscillations in intrinsic Josephson junctions of (Bi_<1-x>Pb_x)_2Sr_2CaCu_2O_y"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. 29(印刷中). (2004)

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    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Irie, Akinobu: "Temperature dependence of Shapiro steps in surface intrinsic Josephson junctions of Bi_2Sr_2CaCu_2O_y single crystals"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. 29(印刷中). (2004)

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    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Au, Nazia Jabeen: "In-phase motion of vortices in intrinsic Josephson junctions in mesas of Bi_2Sr_2CaCu_2O_y single crystals"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. 29(印刷中). (2004)

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    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kobayashi, Takeshi: "Vortex Electronics and SQUIDs"Springer-Verlag. 302 (2003)

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    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.G.Pandalai: "Recent Research Developments in Physics"Transworld Research Network(印刷中). (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.Oya, A.Irie: "New features of subgap structures in intrinsic Josephson junctions of (Bi_<1-x>Pb_x)_2Sr_2CaCu_2O_y"Physica C. Vol.362. 138-144 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Irie, G.Oya, R.Kleiner, P.Muller: "Transport properties of small-sized intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y"Physica C. Vol.362. 145-149 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Irie, T.Mimura, M.Okano, G.Oya: "Intrinsic Josephson tunneling properties in small-sized Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O mesas"Supercond.Sci.Technol.. Vol.14. 1097-1101 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Saito, K.Hamasaki, A.Irie, G.Oya: "Random telegraph voltage noise in a Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+x> intrinsic Josephson junction"IEEE Trans.Appl.Supercond.. Vol.11. 304-307 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Saito, K.Hamasaki, A.Irie, G.Oya: "1/f noise of Bi_2Sr_2CaCu_2O_y intrinsic Josephson junctions"J.Appl.Phys.. Vol.90. 2911-2914 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Saito, Z.Wang, K.Hamasaki, A.Irie, G.Oya: "Temperature dependence of low-frequency noise properties in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y intrinsic Josephson junctions"Extended Abstracts, 8^<th> International Superconductive Electronics Conference (ISEC '01), Osaka, Japan, 19-22 June 2001. 405-406 (2001)

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    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.Oya, A.Irie, Yu.M.Shukrinov: "The origin and features of the subgap structure in intrinsic Josephson junctions in Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O superconductors"Extended Abstracts, 8^<th> International Superconductive Electronics Conference (ISEC '01), Osaka, Japan, 19-22 June 2001. 429-430 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Irie, G.Oya: "Pair and quasiparticle tunneling characteristics of small-sized intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y"Physica C. Vol.367. 393-399 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Irie, G.Oya: "Gap structures in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y intrinsic Josephson junctions"Sing.J.Phys.. Vol.18. 99-103 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kitamura, A.Irie, G.Oya: "Quasiparticle tunneling current-voltage characteristics of intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>"Phys.Rev.B. Vol.66. 054519-1-054519-10 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yu.M.Shukrinov, Kh.Nasrulaev, M.Sargolzaei, G.Oya, A.Irie: "Coupling of intrinsic Josephson junctions and subgap structures in the current-voltage characteristics of high-T_c superconductors"Supercond.Sci.Technol.. Vol.15. 178-182 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.Oya, A.Irie: "The influence of microwave irradiation on the pronounced subgap structures in intrinsic Josephson junctions of (Bi_<1-x>Pb_x)_2Sr_2CaCu_2O_y"Physica C. Vol.372-376. 110-114 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.J.Ali, A Irie, G.Oya: "Size dependent properties of the intrinsic Josephson junction in Bi-Sr-Ca-Cu-O single crystals in external magnetic fields"IEICE Trans.Electron.. Vol.E85-C. 809-813 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Saito, H.Ishida, A.Irie, A.Kawakami, Z.Wang, G.Oya, K.Hamasaki: "Temperature dependence of the low-frequency noise properties in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y intrinsic Josephson junctions"IEEE Trans.Appl.Supercond.. Vol.13. 904-907 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Irie, Y Kurosu, G.Oya: "Rf-induced steps in intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y"IEEE Trans.Appl.Supercond.. Vol.13. 908-911 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kitamura, A.Irie, G.Oya: "Temperature dependence of critical currents of small-sized intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.(The 8^<th> JUMRS International Conference on Advanced Materials, Yokohama, Japan, 8-13 October 2003). Vol.29(to be published). (2004)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Kaneoya, A.Irie, G.Oya: "Interaction between optical phonons and ac Josephson oscillations in intrinsic Josephson junctions of (Bi_<1-x>Pb_x)_2Sr_2CaCu_2O_y"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.(The 8^<th> JUMRS International Conference on Advanced Materials, Yokohama, Japan, 8-13 October 2003). Vol.29(to be published). (2004)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Irie, N.Takahashi, G.Oya: "Temperature dependence of Shapiro steps in surface intrinsic Josephson junctions of Bi_2Sr_2CaCu_2O_y single crystals"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.(The 8^<th> JUMRS International Conference on Advanced Materials, Yokohama, Japan, 8-13 October 2003). Vol.29(to be published). (2004)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.J.Ali, Y.Imai, H.Kaneoya, A.Irie, G.Oya: "In-phase motion of vortices in intrinsic Josephson junctions in mesas of Bi_2Sr_2CaCu_2O_y single crystals"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.(The 8^<th> JUMRS International Conference on Advanced Materials, Yokohama, Japan, 8-13 October 2003). Vol.29(to be published). (2004)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.Oya: "Approach to rf devices of Bi_2Sr_2CaCu_2O_y intrinsic Josephson junctions"EuroConference on the Physics and Applications of the Intrinsic Josephson Effect, Pommersfelden, Germany, 29 June-4 July 2002. (CD-ROM). (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tonouchi, G.Oya, Y.Matsuda, K.Kumagai: "New aspect of vortex in HTSC"Vortex Electronics and SQUIDs ; Topics in Applied Physics 91 (Ed.T.Kobayashi, H.Hayakawa and M.Tonouchi) (Spring er-Verlag). 103-139 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.Oya, A.Irie, M.Kitamura: "Tunneling phenomena in the intrinsic Josephson junction of high-temperature superconducting Bi_2Sr_2CaCu_2O_y"Recent Research Developments in Physics (Ed.S.G.Pandalai) (Transworld Research Network). (to be published). (2004)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Atsushi Saito: "Temperature dependence of the low-frequency noise properties in (Bi_2Sr_2CaCu_2O_y intrinsic Josephson junctions"IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 13・2. 904-907 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Akinobu Irie: "Rf-induced steps in intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_20_y"IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 13・2. 908-911 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Nazia Jabeen Ali: "In-phase motion of vortices in intrinsic Josephson junctions in mesas of Bi_2Sr_2CaCu_20_y single crystals"Transactions of the Materials Research Society of Japan. (発表予定). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Hirokazu Kaneoya: "Interaction between optical phonons and ac Josephson oscillations in intrinsic Josephson junctions of (Bi_<1-x>Pb_x)_2Sr_2CaCu_2O_y"Transactions of the Materials Research Society of Japan. (発表予定). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Michihide Kitamura: "Temperature dependence of critical currents of small-sized intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_20_y"Transactions of the Materials Research Society of Japan. (発表予定). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Gin-ichiro Oya: "Tunneling phenomena in the intrinsic Josephson junction of high-temperature superconducting Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>"Recent Research Developments in Physics. (発表予定). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Takeshi kobayashi: "Vortex Electronics and SQUIDs"Springer-Verlag. 302 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Gin-ichiro Oya: "The influence of microwave irradiation on the pronounced subgap structures in intrinsic Josephson junctions of (Bi_<1-x>Pb_x)_2Sr_2CaCu_2O_y"Physica C. 372-376. 110-114 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Akinobu Irie: "Gap structures in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y intrinsic Josephson junctions"Singapore Journal of Physics. 18. 99-103 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Gin-ichiro Oya: "Approach to rf devices of Bi_2Sr_2CaCu_2O_y intrinsic Josephson junctions"Future Perspectives of Superconducting Josephson Devices (CD-ROM). (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Michihide Kitamura: "Quasiparticle tunneling current-voltage characteristics intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y"Physical Review B. 66. 054519-1-054519-10 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Akinobu Irie: "Rf-induced steps in intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>"IEEE Transactions on Applied Superconductivity. (発表予定). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Takeshi Kobayashi: "Vortex Electronics and SQUIDs"Springer-Verlag(発行予定). 345 (2003)

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      2002 実績報告書
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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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