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磁場雑音中で動作可能な高性能超伝導磁気センサの開発

研究課題

研究課題/領域番号 15560287
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関室蘭工業大学

研究代表者

松田 瑞史  室蘭工業大学, 工学部, 教授 (20261381)

研究分担者 中根 英章  室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (20237332)
上田 勇治  室蘭工業大学, 工学部, 教授 (70001279)
研究期間 (年度) 2003 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2005年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
2004年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
2003年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
キーワードSQUID / 信号 / 雑音比 / 磁気雑音 / アレイ型センサ / 非破壊計測 / 高温超伝導体 / 多重接続化 / 低周波磁束雑音 / 磁束ダム / 非破壊検査
研究概要

高温超伝導体SQUID(超伝導量子干渉デバイス)を、大きな環境磁場雑音下でも安定動作させることを目的として、磁場雑音に強い最適なセンサデバイス形状の検討を、以下のように行った。
1.直結型SQUIDの遮蔽電流によって生ずる雑音について、SQUIDインダクタンスを構成する超伝導YBa_2Cu_3O_<7-x>(YBCO)薄膜細線に電流を印加して、低周波磁束雑音を測定することで検討した。印加電流によって細線で磁束クリープや磁束フローが起こった後に生ずる不可逆的な残留雑音に加えて、印加電流を除去した後に元の値に戻る可逆的な雑音も存在した。前者の生ずる印加電流閾値は後者のそれよりも高く、これらの雑音の原因には細線エッジ部の表面障壁と細線薄膜部のピンニング力が、それぞれ大きく関わっていることが推測された。
2.低周波雑音の源である遮蔽電流が大きくならないように、「磁束ダム」と呼ばれる超伝導性を局所的に弱めた構造を、センサ内に作製することを検討した。具体的には、FIB(集束イオンビーム)を直接照射、または照射後に臭素溶液を用いた化学エッチングを併用することにより、YBCO薄膜の特定部位の超伝導性を深さ方向に制御することに成功した。YBCO薄膜中に形成されるダメージ層(非超伝導層)の深さはビーム加速電圧の大きさで制御でき、その深さ以下の深部YBCOの超伝導性は良好であった。又、金層を通してFIB照射することにより更に深さ制御性が増すことがわかった。
3.直結型SQUID磁束計出力の信号/雑音(S/N)比を向上させるため、SQUIDを直列又は並列に多数個接続してアレイ化することでセンサ出力の向上をはることを試みた。特に有望な並列型SQUIDアレイ構造センサにおいては、一定電圧において動作するようにフィードバックをかけながら電流駆動し、印加磁束の変化をSQUIDの電流変化として検出することに成功した。これにより、たとえアレイ内のN個のSQUID間に臨界電流特性等のばらつきがあったとしても、SQUID電流出力をほぼN倍とすることができ、S/N比を向上させることが可能となった。
以上のような検討結果により、磁場雑音に強い高性能なSQUIDセンサを測定系全体として構築するための大きな知見が得られたと考えられる。

報告書

(4件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2005 2004 2003 その他

すべて 雑誌論文 (23件) 文献書誌 (6件)

  • [雑誌論文] Study of magnetic field responses from brain using SQUIDs : System development and MEG measurements2005

    • 著者名/発表者名
      S.Kuriki et al.
    • 雑誌名

      Proc.of 2005 Japan-Taiwan Symposium on Superconductive Electronics

      ページ: 75-77

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要 2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Fabrication and characterization of multiple-SQUID arrays2005

    • 著者名/発表者名
      M.Matsuda et al.
    • 雑誌名

      Proc.of 2005 Japan-Taiwan Symposium on Superconductive Electronics

      ページ: 73-74

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要 2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Fabrication of magnetometers with multiple-SQUID arrays2005

    • 著者名/発表者名
      M.Matsuda et al.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity 15・2

      ページ: 817-820

    • NAID

      120000802225

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Non destructive evaluation in multilayer structure using the high Tc SQUID2005

    • 著者名/発表者名
      H.Nakane et al.
    • 雑誌名

      IECE Transactions on Electronics E58-C

      ページ: 188-191

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study of magnetic field responses from brain using SQUIDs : System development and MEG measurements2005

    • 著者名/発表者名
      S.Kuriki et al.
    • 雑誌名

      Proc. of 2005 Japan-Taiwan Symposium on Superconductive Electronics

      ページ: 75-77

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Fabrication and characterization of multiple-SQUID arrays2005

    • 著者名/発表者名
      M.Matsuda et al.
    • 雑誌名

      Proc. of 2005 Japan-Taiwan Symposium on Superconductive Electronics

      ページ: 73-75

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Fabrication of magnetometers with multiple-SQUID arrays2005

    • 著者名/発表者名
      M.Matsuda et al.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity vol.15

      ページ: 817-820

    • NAID

      120000802225

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Non destructive evaluation in multilayer structure using the high Tc SQUID2005

    • 著者名/発表者名
      H.Nakane et al.
    • 雑誌名

      IECE Transact ions on Electronics vol.E58-C

      ページ: 188-191

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Fabrication of magnetometers with multiple-SQUID arrays2005

    • 著者名/発表者名
      Mizushi Matsuda et al.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity Vol.15,No.2

      ページ: 817-820

    • NAID

      120000802225

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Non destructive evaluation in multilayer structure using the high Tc SQUID2005

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Nakane et al.
    • 雑誌名

      IECE Transactions on Electronics E58-C

      ページ: 188-191

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Modification of superconductivity for YBCO films by shallow ionbombardment process2004

    • 著者名/発表者名
      M.Matsuda et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of 6th European Conference Applied Superconductivity

      ページ: 3099-3105

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Flux penetration into a narrow strip of high-Tc superconducting film2004

    • 著者名/発表者名
      S.Kuriki et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of 6th European Conference Applied Superconductivity

      ページ: 3182-3188

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Non Destructive Evaluation in multiplayer structure using HTS SQUID2004

    • 著者名/発表者名
      H.Nakane et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of 6th European Conference Applied Superconductivity

      ページ: 3099-3105

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Low-frequency flux noise in current-carrying high critical temperature superconducting films2004

    • 著者名/発表者名
      S.Kuriki et al.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics 96・5

      ページ: 2768-2772

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Low-frequency flux noise in current-carrying high critical temperature superconducting films2004

    • 著者名/発表者名
      S.Kuriki et al.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics vol.96

      ページ: 2768-2772

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Modification of superconductivity for YBCO films by shallow ion bombardment process2004

    • 著者名/発表者名
      M.Matsuda et al.
    • 雑誌名

      APPLIED SUPERCONDUCTIVITY 2003 (Institute of Physics Conference Series) 181

      ページ: 3099-3105

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Flux penetration into a narrow strip of high-Tc superconducting film2004

    • 著者名/発表者名
      S.Kuriki et al.
    • 雑誌名

      APPLIED SUPERCONDUCTIVITY 2003 (Institute of Physics Conference Series) 181

      ページ: 3182-3188

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Non destructive evaluation in multiplayer structure using HTS SQUID2004

    • 著者名/発表者名
      H.Nakane et al.
    • 雑誌名

      APPLIED SUPERCONDUCTIVITY 2003 (Institute of Physics Conference Series) 181

      ページ: 3303-3310

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Non destructive evaluation in multiplayer structure using the high Tc SQUID2004

    • 著者名/発表者名
      H.Nakane
    • 雑誌名

      IECE Transaction on Electronics E58-C・2

      ページ: 1-5

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Fabrication and characterization of high-Tc SQUID magnetometer withdamping resistance2003

    • 著者名/発表者名
      M.Matsuda et al.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity 13・2

      ページ: 853-856

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Magnetoresistance effect of composition modulated Ni-Co-Cu films prepared by pulse electrodeposition method2003

    • 著者名/発表者名
      A.Yamada et al.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Sueface Science 8

      ページ: 668-671

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Fabrication and characterization of high-Tc SQUID magnetometer withdamping resistance2003

    • 著者名/発表者名
      M.Matsuda et al.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity vol.13

      ページ: 853-856

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Magnetoresistance effect of composition modulated Ni-Co-Cu films prepared by pulse electrodeposition method2003

    • 著者名/発表者名
      A.Yamada et al.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Sueface Science vol.8

      ページ: 668-671

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Matsuda et al.: "Fabrication and characterization of high-Tc SQUID magnetometer with damping resistance"IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 13・2. 853-856 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.Matsuda et al.: "Modification of superconductivity for YBCO films by shallow ion bombardment process"Proceedings of 6th European Conference Applied Superconductivity. (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kuriki et al.: "Flux penetration into a narrow strip of high-Tc superconducting film"Proceedings of 6th European Conference Applied Superconductivity. (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Nakane et al.: "Non Destructive Evaluation in multiplayer structure using HTS SQUID"Proceedings of 6th European Conference Applied Superconductivity.

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] C.L.S.Rizal et al.: "パルス電析法によるCo/Au構造薄膜の作製と磁気抵抗効果"表面技術. 55・1. 83-84 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 山田昭弥 他: "パルス電析によるNi-Co系積層膜の作製と電気的性質"表面技術. 55・2. 43-44 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

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