高温超伝導薄膜接合のその場作成とトンネル特性

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03210205
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 井口 家成 筑波大学, 物質工学系, 教授 (10011173)
• 研究分担者: 古山 正文 筑波大学, 物質工学系, 講師 (20211534)
• キーワード: 酸化物高温超伝導体 / トンネル効果 / ジョセフソン効果 / シャピロステップ / フラウンホ-ファパタ-ン / 絶縁バリヤ / YBaCuO薄膜 / 異方性

研究概要

種々の人工バリヤ及び自然バリヤ、また異なった結晶配向性をもつYBaCuO薄膜を用いて、YBaCuO/I/Pbの薄膜トンネル接合を作成し、その準粒子トンネル特性、ジョセフソン特性を調べてきた。また系統的に得られたデ-タをもとに高温超伝導体のトンネルモデルを構築した。
YBaCuO薄膜の電子ビ-ム同時蒸着法による堆積について、MgO、SrT:O_3、LaGaO_3、LaSrGaO_4(001)基板を用いた場合、C軸配向のみが得られた。一方積層デバイスに重要なa(b)軸配向膜は、LaSrGaO_4(100)基板を用いて成長させることに成功した。ただ得られた薄膜はC軸配向領域も一部存在することが認められた。薄膜成長の対するオゾンガス導入はあまり有効でなかったが、原子ラジカルビ-ムを使うと高真空でも超伝導膜が得られることが確かめられた。
数nmのMgO、Al_2O_3、Y_2O_3、自然バリヤを挟んだYBaCuO/I/Pb/接合の特性は、C軸、a(b)軸の配向の膜の間で異なった。a(b)軸配向膜の接合ではC軸配向膜に比べギャップの立上りが急峻になり、ジョセフソン電流一電圧特性も非線形性が強いものになった。またジョセフソン電流の大きさもC軸のそれに比べ一桁程度大きく1mA程度であった。しかしマイクロ波照射下のシャピロステップ、磁場印加下のフラウンホ-ファパタ-ンの様子はC軸のそれと変りなかった。一方、YBaCuO薄膜をわざと大気中にさらして作成した自然バリヤ接合では、人工バリヤ接合と異なった結果が得られた。この場合ゼロバイアス異常は見られなく、ゼロバイアスでコンダクタンスが極小となる特性が観測された。
以上の様々なトンネルデ-タを考慮して、新しい高温超伝導体のトンネルモデルを構築した。このモデルは通常のトンネル理論に薄膜表面での不均一性、表面の酸素欠損効果、異方性、短いコヒ-レンス長を取り入れたもので、得られた実験結果を定性的に矛盾なく説明できた。

研究成果

• [文献書誌] I.Iguchi: "In Situ Fabrication of Reproducible YBCO Epitaxial Planar Josephson Tunnel Junctions" IEEE Transactions on MAGNETISM. 27. 3102-3105 (1991)
• [文献書誌] Z.Wen: "Josephson Tunneling and Gap Structure in Y_1Ba_2Cu_3O_<7-y>/oxide barrier/Pb Planar Junctions on Tetragonal LaSrGaO4(100) Substrates" Journal of Applied Physics. 69. 7363-7365 (1991)
• [文献書誌] I.Iguchi: "In Situ Fabrication of Reproducible Josephson Tunnel Junctions Employing Coevaporated YBCO Films" Advances in Superconductivity III. 1161-1166 (1991)
• [文献書誌] T.Kusumori: "Proximity Effect in YBaCuO/Al/AlO_X/Pb Planar Tunnel Junctions" Advances in Superconductivity III. 1207-1210 (1991)
• [文献書誌] I.Iguchi: "Tunnel Gap Structure and Tunneling Model of the Anisotropic YBaCuO/I/Pb Junctions" Physica C. 178. 1-10 (1991)
• [文献書誌] I.Iguchi: "Physical Aspects of High T_C Tunneling Junctions" Physica C. 185ー189. 241-246 (1991)
• [文献書誌] I.Iguchi: "Anisotropic YBCO Material and High T_C Tunnel Junctions" Extended Abstracts of 3rd FED Workshop on HighーTemperature Superconducting Electron Devices. FEDー102. 166-169 (1991)
• [文献書誌] I.Iguchi: "HTSC Multilayers for Tunnel and Proximity Effect Junctions" Proc.of EーMRS 1991 Spring Meeting.
• [文献書誌] I.Iguchi: "HTSC Multilayers for Device Applications" Proc.2nd Tokai University Internation Workshop on Superconductivity.