| 研究課題/領域番号 |
22K04226
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 大同大学 |
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研究代表者 |
赤池 宏之 大同大学, 工学部, 教授 (20273287)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 電子デバイス・機器 / 超伝導デバイス / 磁性ジョセフソン接合 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
超伝導論理回路は、回路を構成する超伝導ループ内の超伝導巨視的波動関数の位相を利用することにより、その回路機能を決めている。そのため、この位相を制御するための回路素子を実現できれば、論理回路の機能切替が可能となる。本研究では、この位相制御のためのメモリ素子を超伝導スピントロニクス素子である磁性ジョセフソン接合を用いて構成し、プログラマブル論理回路への応用展開を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、メモリ素子の基本素子となる磁性ジョセフソン接合、特に、超伝導巨視的波動関数の電極間位相差が基底状態においてπとなるジョセフソンπ接合が重要となる。令和5年度は、令和4年度の結果を受けてさらに磁性障壁層について検討を進めた。ニッケル薄膜については、薄膜作製条件を検討しデータの蓄積を行った。その結果、薄膜の磁気的特性は、成膜条件よりもむしろ薄膜の抵抗率に大きく依存していることが分かった。さらに、接合作製に適する弱い磁気特性をもつ薄膜について磁気特性の低温測定を実施し、10 K程度までの低温磁気特性について知見を得た。また、磁気特性をさらに弱めるため、新たにニッケル系化合物の検討を開始した。接合作製技術に関しては、メモリ素子に適用する磁性ジョセフソン接合の接合構造として、磁性層とトンネル障壁層から成る二重障壁層構造を想定し、アルミニウムを用いたトンネル障壁層の検討を進めた。ここでは、磁性接合応用に適したトンネル障壁高さが小さいプラズマ窒化アルミニウムに着目し、前年度に検討した陽極酸化プロセスを採り入れた障壁層評価を行った。窒化アルミニウムの陽極酸化プロファイルの特徴を明らかにするとともに、標準的に障壁層として用いられている酸化アルミニウムのプロファイルと比較を行った。また、メモリ素子設計の指針を得るため、回路シミュレーションにより、素子による磁束量子伝搬特性への影響を調査した。ここでは、メモリ素子に代わる受動位相シフタとしてπ接合を使用し、接合特性が伝搬特性に与える影響について調査した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
磁性ジョセフソン接合作製に向けて磁性層のニッケル薄膜特性のデータ蓄積及びニッケル化合物の検討について、ほぼ予定通りの進捗状況である。また、磁性層とトンネル障壁層から成る二重障壁層構造に向けた窒化アルミニウムトンネル障壁層に関する知見も得られた。接合作製のためのプロセス開発も課題が少し残るものの、概ね目途がついている状況である。メモリ素子の設計検討では、メモリ素子の持つ位相シフト機能が、素子を回路内に導入した際、どのように影響するかについて知見を得ることができたため。
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| 今後の研究の推進方策 |
磁性ジョセフソン接合作製の検討において、磁性障壁層としてニッケル化合物を中心に、その成膜及び薄膜特性評価を行う。さらに、磁性障壁層を持つジョセフソン接合を作製し、その特性評価を行う。障壁層構造においては、必要に応じてトンネル障壁層を含むものを想定する。また、接合を複数含む超伝導量子干渉計を作製・評価し、接合の振る舞いを調査するとともに、メモリ素子への応用の可能性を探る。メモリ素子の設計においては、回路シミュレーションにより、インダクタンスとπ接合から成るメモリ素子基本構造に対して磁束量子伝搬特性の評価を行うとともに、論理ゲートへ導入の検討を行い、ゲート機能の切り替えを試みる。
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