強磁性体効果を用いたトンネル接合型冷凍機の実現

• 研究課題/領域番号: 25286046
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 柏谷 聡 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 首席研究員 (40356770)
• 研究分担者: 松田 健一 日本大学, 理工学部, 准教授 (80360931) ; 川畑 史郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電子光技術部門, 主任研究員 (30356852)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2015年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2014年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2013年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
• キーワード: 固体冷凍器 / トンネル接合 / 固体冷凍機

研究成果の概要

トンネル接合型固体冷凍器は、極低温センサーの冷却効率を劇的に改善する技術として注目されている。ここではSuspend型の固体冷凍器を開発を行い、極めて高効率な冷却（0.334Kのベース温度で0.0093K）がなされていることを確認した。コンダクタンスと熱輸送を連立して解くことにより、電子温度と超伝導ギャップを正確に求める手法を開発し、さらに非平衡超伝導理論を適用することにより、現在の冷凍能力のリミットが準粒子によるペア破壊であることを明らかにした。これは強磁性トンネル等を用いた接合部の改良による準粒子注入の高効率化では冷凍能は向上せず、廃熱部等の能力改善等を行う必要があることを示している。

研究成果

• [雑誌論文] Development of suspended normal metal type NIS refrigerator (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kashiwaya, H. Kashiwaya, M. Koyanagi, and Y. Tanaka
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of small exchange fields in S/F structures (2015)
  • 著者名/発表者名: . S. Vasenko, S. Kawabata, A. Ozaeta, A. A. Golubov, V. S. Stolyarov, F. S. Bergeret, and F. W. J. Hekking
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 巻: 383 ページ: 175-179
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2014.11.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heat transport and electron cooling in ballistic normal-metal/spin-filter/superconductor junctions (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kawabata, A. S. Vasenko, A. Ozaeta, F. S. Bergeret, and F. W. J. Hekking
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 巻: 383 ページ: 157-161
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2014.10.032
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Efficient electron refrigeration using superconductor/spin-filter devices (2013)
  • 著者名/発表者名: Shiro Kawabata, Asier Ozaeta, Andrey S. Vasenko, Frank W. J. Hekking and F. Sebastián Bergeret
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 103 号: 3
  • DOI: 10.1063/1.4813599
  • 査読あり
• [学会発表] レーザアニールによるダイヤモンド状炭素の電気，光学的特性改善 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡邉学，大野貴史，胡桃聡，松田健一，鈴木薫
  • 学会等名: 平成２８年 電気学会全国大会
  • 発表場所: 東北大学 川内北キャンパス
  • 年月日: 2016-03-16
• [学会発表] レーザ支援気固界面熱分解法による P ドープ CNT の特性測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 塚田雄太，胡桃聡，松田健一，鈴木薫
  • 学会等名: 2015年放電学会年次大会
  • 発表場所: 防衛大学校
  • 年月日: 2015-12-05
• [学会発表] he effect of deformation on the transport properties of quantum nanowires (2015)
  • 著者名/発表者名: K. -i. Matsuda, Y. Suda, S. Matsuo, N. Hatakenaka, S. Kurumi, and K. Suzuki
  • 学会等名: 2015 Material Research Society(MRS) Fall meeting
  • 発表場所: Boston, Massachusetts
  • 年月日: 2015-11-29
  • 国際学会
• [学会発表] NIS トンネル接合型固体冷凍素子開発IV (2015)
  • 著者名/発表者名: 柏谷聡、柏谷裕美、小柳正男
  • 学会等名: 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Synthesis of Rod-Shaped Iron Nanocrystals Using Blue Laser-Assisted Pulsed-Laser Ablation in Liquid (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Ishihara, T. Sagara, S. Kurumi, K. -i. Matsuda, and K. Suzuki
  • 学会等名: The 13th International Conference on Lasr Ablation
  • 発表場所: CAIRNS, QUEENSLAND, AUSTRALIA
  • 年月日: 2015-08-31
  • 国際学会
• [学会発表] ノンコリニア磁気構造を持つスピンフィルタージョセフソン接合における量子輸送理論 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川畑史郎、A. A. Golubov
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京都・新宿区）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] トンネル接合型固体冷凍機の開発III (2015)
  • 著者名/発表者名: 柏谷聡、柏谷裕美、小柳正男
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県・平塚市）
  • 年月日: 2015-03-12
• [学会発表] NISトンネル接合型固体冷凍機の開発
  • 著者名/発表者名: 柏谷裕美、柏谷聡、川畑史郎、小柳正男
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 青山学院大学
• [学会発表] NISトンネル接合型固体冷凍機
  • 著者名/発表者名: 柏谷裕美、柏谷聡、川畑史郎、小柳正男
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 同志社大学