高温超伝導薄膜の準粒子注入効果と電子素子への応用研究

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07455129
• 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: 李 基鎮 東京工業大学, 理学部, 助手 (10251042)
• キーワード: 準粒子注入 / 高温超伝導薄膜 / トンネル接合 / YBa_2Cu_3O_<7-x> / NdBa_2Cu_3O_<7-x> / 準粒子寿命 / 臨界電流 / 電流利得

研究概要

トンネル接合を介して電子を高温超伝導薄膜に多量注入する準粒子注入効果の研究を行った。トンネル接合は、電子ビーム反応性蒸着法によりYBa_2Cu_3O_<7-x>薄膜またNdBa_2Cu_3O_<7-x>薄膜を30-60nmほど堆積し、これをフォトリソグラフィおよびエッチング技術により80μm線幅に加工し、この上に1-2nm程度のMgOバリアさらに対抗電極となるAuあるいはCuの薄膜を堆積することで形成された。実験は、AuあるいはCuのストリップ線幅を20-200μmの間で変えて行った。電子素子への応用には、注入電流の絶対値を小さくすることが望ましいが、これは線幅を細くし接合面積を小さくすることで実現できることがわかった。超伝導臨界電流はYBa_2Cu_3O_<7-x>薄膜、NdBa_2Cu_3O_<7-x>薄膜どちらの場合に対しても、トンネル電流を増加するとともに非線形的に減衰し、実際高温超伝導体でも準粒子注入効果があることが明らかであった。また臨界トンネル電流値でゼロになることがわかった。これから準粒子注入現象は、電流利得として少なくとも1.5程度が得られることがわかり、電子素子への応用が有望であることが判明した。高温超伝導体の二次元構造の影響を見るために15nm程度の薄膜でも実験を行ったが、同様な注入効果のほか、興味ある現象も観測された。準粒子の寿命については、注入パワーと薄膜臨界電流の低下の関係から有効準粒子寿命が評価されるが、データからこれが大体4-6nsec程度になることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] K. Lee: "Josephson Effects in YBa_2Cu_3O_<7-x> Grain Boundary Junctions on (100) Bicrystal Substrates" Applied Physics Letters. 66. 769-771 (1995)
• [文献書誌] K. Lee: "Comparison of Josephson Microwave Self-Radiation and Linewidth Properties in Various YBa_2Cu_3O_y Grain Boundary Junctions" IEICE Transactions on Electronics. E78-C. 490-497 (1995)
• [文献書誌] Q. Wang: "Modulation in I-V Characteristics of YBCO Films and Tunnel Junctions under Mircrowave Irradiation and Tunnel Current Injection" IEEE Transaction on Applied Superconductivity. 5. 2682-2685 (1995)
• [文献書誌] I. Iguchi: "Nonequilibrium States of High Tc YBCO Superconductors under Tunnel Injection of Quasiparticles" Proc. 2nd International Symposium on High-Tc Superconductivity and Tunneling Phenomena. 40-43 (1995)
• [文献書誌] I. Iguchi: "Phase Coherence in High Tc Superconductors" Proc. International Workshop on Coherence in High Tc Superconductors. (1996)
• [文献書誌] K. Lee: "Josephson Transport and Crystallographic Properties of Bi_2Sr_2CaCu_2O_y Junctions on(100)MgO Bicrystal Substrates" Physica C. 257. 99-104 (1996)