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

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04240102
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 井口 家成 東京工業大学, 理学部, 教授 (10011173)
• 研究分担者: 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 / ジョセフソン効果 / 電界効果 / 近接効果 / 準粒子注入効果 / YBaCuO / バイクリスタル接合 / 人工粒界

研究概要

平成6年度は最終年度であり、これまでの超伝導の諸電子機能の具体的解明を中心に研究を進めた。電界効果については、YBCOにヘテロ接合するSrTiO_3,BaTiO_3など様々なペロブスカイト結晶の相性をを調べたところ、超薄膜YBCOがヘテロ界面から熱拡散により劣化していることが明らかになった。種々の材料を探索した結果、結論としてPbTiO_3が最良ということがわかった。また電界のYBCO粒界接合のジョセフソン特性へ及ぼす影響について調べた結果、電界による接合の臨界電流密度変調が、SNS接合のN層(粒界)におけるキャリア密度(n)とそれに伴うコヒーレンス長の変化で説明できることがわかった。。これまで謎の多い近接効果の研究については、YBa_2Cu_3O_<7-y>/PrBa_2Cu_3O_y(PBCO)/YBa_2Cu_3O_<7-y>接合の準粒子輸送機構、超伝導電流輸送機構について実験的に解析した。その結果、準粒子はPBCOが内包する局在準位を介してトンネルしていることが明らかとなった。一方、ク-パ-対は1個の局在準位を介した共鳴トンネル現象が主な伝導機構となっていることが判明した。LaGaO_3などのバリアを用いたSISトンネル接合の作製について、新たに購入した高速堆積可能な超伝導薄膜成膜装置を用いて行ったが、原子の拡散、表面モフォロジーを含めての最適な条件出しがまだ得られていない。しかしBa_<1-x>K_xBiO_3薄膜をバイクリスタル基板上に堆積することにより、ほぼ理想に近いジョセフソントンネル接合が得られるようになった。準粒子注入効果は、トンネル接合を介して準粒子をYBCO薄膜へ注入する実験についてかなりの進展があった。具体的にPb(orAu)/MgO/YBCOトンネル接合を用いた実験で、電流利得が得られたほか、数々の興味ある事実が見い出された。

研究成果

• [文献書誌] I.Iguchi,K.Nukui K.Lee: "Dynamic Cooper-pair breaking by tunnel injection of quasiparticles into a high-Tc YBa_2 Cu_3 O_7 superconductor" Phys.Rev.B. 50. 457-461 (1994)
• [文献書誌] I.Iguchi,Z.Wen: "Experimental evidence for a d-wave pairing state in YBa_2Cu_3O_<7-y> from a study of YBa_2Cu_3O_<7-y>/insulator/Pb Josephson tunnel junctions" Phys.Rev.B. 49. 12388-12391 (1994)
• [文献書誌] T.Ashida,S.Tomohisa T.Kobayashi: "Interfacial Degradation of Insulator/YBa_2Cu_3O_y heterostructure due to mutual diffusion of constituent atoms" Jpn.J.Appl:Phys.34. L23-L26 (1995)
• [文献書誌] M.Taga,H.Miyake T.Kobayashi: "One-shot Excimer Laser Laminar Annealing of SrTiO_3 Thin Films in Solidus Phase" Jpn.J.Appl.Phys.33. L1534-L1537 (1994)
• [文献書誌] M.Inoue,S.Imaeda,Y.Tsukino,A.Fujimaki,Y.Takai,H.Hayakawa: "Ba_<1-x>K_xBiO_3 Josephson tunnel junctions prepared on SrTiO_3 bicrystal substrates" Appl.Phys.Lett.65. 243-245 (1994)
• [文献書誌] K.Nakajima,Y.Yokota J.Chen,H.Myoren T.Yamashita: "Electric field effects on YBa_2Cu_3O_<7-y> grain boundary Josephson junctions" Jpn.J.Appl.Phys.33. L934-L937 (1994)