高温超伝導の科学:高温超伝導体の電子機能の発現と探索

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04240102
• 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: 吉田 二朗 (株)東芝研究開発センター, 基礎研究所, 主任研究員 ; 赤穂 博司 電子技術総合研究所, 電子デバイス部, 主任研究員 ; 山下 努 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (30006259) ; 早川 尚夫 名古屋大学, 工学部, 教授 (60189636) ; 小林 猛 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (80153617)
• キーワード: トンネル効果 / 電界効果 / 近接効果 / 準粒子注入効果 / エピタキシャル成長 / バイクリスタル接合 / SNS接合 / YBaCuO

研究概要

本年度は、YBCO薄膜あるいはバイクリスタルジョセフソン接合の電界効果、SNS近接効果、さらにSISトンネル効果の研究で、材料物性、電子輸送、ミクロな界面の評価という観点から大きな進展が見られた。さらに新しい電子機能の発現と見られる準粒子注入効果、またジョセフソントンネル接合による電子対の対称性の研究に進展が見られた。
トンネル効果の研究では、原子間力顕微鏡を用いたYBCO/CeO_2/YBCO接合構造の界面のミクロな観察から、CeO_2バリアが不均一で、トンネル電流は局所的に流れ、観測される特性はこのような電子輸送機構によるものと判明した。これによりなぜアンドレーフ反射現象がトンネル現象とともに観測されるのかということも明らかになった。近接効果の研究においてはYBCO/LaGaO/Au-Nb接合を用いて、系統的実験を行い、電流-電圧特性の非対称性、またYBCOギャップの非観測性から、YBCO表面ではショットキー障壁が存在し、キャリアはデプリートしているモデルの妥当性を確かめた。バイクリスタルを用いたYBCO人工粒界接合の電界効果の研究では、ジョセフソン臨界電流が負極性のゲート電圧印加の場合上昇し、正極性のゲート電圧印加の場合低下する結果が得られた。またコプラナースロット型共振器と見なされる粒界と交流ジョセフソン効果によって粒界接合内に輻射される電磁波との自己共振の周波数が、ゲート電圧によって大幅に変化する現象を見いだした。これは変調可能はジョセフソン発信器への応用が可能であることを示している。またBiSrCaCuOテープ線材を加工して作製したブレークジャンクションから放たれる微少なジョセフソン放射パワーを、77K以上で特殊なマイクロ波検出装置を用いることにより検出することができた。これは77K以上でのジョセフソンミキサーが可能であることを示したものである。

研究成果

• [文献書誌] I.Iguchi,T.Kusumori,H.Hayashida: "Effect of Film Resistance on Characteristics of High-Tc Multilayer Junctions" Jpn.J.Appl.Phys.32. 3442-3447 (1993)
• [文献書誌] K.Lee,I.Iguchi,T.Hikata,K.Sato: "Direct Observation of Josephson Self-Radiation in Bi_2Sr_2Ca_2Cu_3O_y Break-Junctions above 77K" Appl.Phys.Lett.64(in press). (1994)
• [文献書誌] H.Terai,A.Fujimaki,Y.Takai,H.Hayakawa: "Magnetic Field Dependence of High Jc YBa_2Cu_3O_<7-x>/Au/Nb Junction Using a-Axis-Oriented YBa_2Cu_3O_<7-x> Thin Films" Jpn.J.Appl.Phys.32. L901-L904 (1993)
• [文献書誌] 藤巻,寺井,早川: "a軸配向YBa_2Cu_3O_<7-x>薄膜を用いた積層デバイス" 電子情報通信学会論文誌. C-II J76-C-II. 371-377 (1993)
• [文献書誌] K.Nakajima,K.Yokota,H.Myoren,J.Chen,T.Yamashita: "Electric Field Effect on the Artificial Grain Boundary of Bicrystal YBa_2Cu_3O_<7-y> Films" Appl.Phys.Lett.63. 684-686 (1993)
• [文献書誌] K.Nakajima,K.Yokota,J.Chen,H.Myoren,T.Yamashita: "Fabrication and Properties of Field Effect Device based on Bicrystal Grain Boundary Junction of YBa_2Cu_3O_<7-y> Films" Proc.SPIE's OE/LASE'94. (in press).