磁気―光―電子・量子機能基礎研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10142101
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 栗城 真也 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (30002108)
• 研究分担者: 菅原 昌敬 横浜国立大学, 工学部, 教授 (40017900) ; 大矢 銀一郎 宇都宮大学, 工学研究科, 教授 (00006280) ; 大嶋 重利 山形大学, 工学部, 教授 (40124557) ; 斗内 政吉 大阪大学, 超伝導エレクトロニクス研究センター, 助教授 (40207593)
• キーワード: ボルテックス / 高温超伝導 / SQUID / 固有ジョセフソン接合 / フェムト秒レーザー / 訪電干渉効果 / 低温ビッター法 / 光磁束変換

研究概要

ボルテックスの検出と可視化の研究に関し、超伝導薄膜コイルと結合したSQUIDを用いてYBCO薄膜や接合中のボルテックス運動による揺らぎを直接的に検出した。粒界接合では臨界電流値以下の低い駆動力でもボルテックスが容易に移動し、ランダムノイズを発生することが明らかになった。また、ボルテックスをビッター法で再現性良く観察するために磁性微粒子のエネルギーを正確に制御する装置を新たに試作し、鮮明な磁束量子の分布の観察に成功した。さらに、ボルテックスの分布や動きを観察するため、試料温度を60K以下まで冷却できる低温磁気力顕微鏡装置を立ち上げた。レーザー光励起によるテラヘルツ電磁波放射超伝導電流分布イメージングシステムでは、フェムト秒光パルスによるボルテックス生成・変調を行うと共に、光パルス数と磁束量子の関係について調べ、単一光パルスによるボルテックス生成が可能であることを明らかにした。また、応用として光検出メモリーを試作しその基本動作を確認した。
ボルテックス運動と量子効果の解析では、Bi2212単結晶に長方形メサおよび円筒形メサ構造を作製し、数個から100個程度の固有ジョセフソン接合におけるジョセフソン・ボルテックスのフロー特性について計測した結果、フロー速度は4.2Kでは(1-4)×10^6m/sであり、77Kでは接合数の増加と共に減少すること、さらに、無終端形状である円筒形メサではボルテックスが円周に沿って周期運動をすることを観測した。また、電圧や周波数依存性に関し理想的誘電特性を持つSrTiO_3基板上に成膜したLSCO薄膜において、局在性を導入した場合の//c方向の異常誘電特性について測定し、室温でも存在する誘電干渉効果により巨視的量子効果の存在を確認した。この効果は、100nm前後の特定の膜厚で強調され、Srドープ率が1/2,1/4,1/6の値のときに顕著であった。この効果は、100nm前後の特定の膜厚で強調され、Srドープ率が1/2,1/4,1/6の値のときに顕著であった。

研究成果

• [文献書誌] S.Kuriki: "On the AC bias readout schemes for high-Tc superconducting quantum interference devices"Jpn.J.Appl.Phys.. 38. 4733-4736 (1999)
• [文献書誌] S.Kuriki: "Tansmission line high-Tc SQUIDs"IEEE Trans.Appl.supercond.. 9. 7819-7823 (1999)
• [文献書誌] S.Hirano: "Votex dynamics of Nb variable-thickness brides measured by direct flux detection method"J.Appl.Phys.. 85.11. 7819-7823 (1999)
• [文献書誌] K.Yokosawa: "Fabrication of high-Tc SQUID Magnetometer with double-pickup-coil Configuration"Advances in Superconductivity XI. 2. 1225-1228 (1999)
• [文献書誌] S.Hirano: "Direct flux-noise measurement of Nb variable-thickness bridges"Advances in Superconductivity XI. 2. 1205-1208 (1999)
• [文献書誌] M.Matsuda: "High-Tc SQUIDs on bicrystal substrate with low permittivity"Proceedings of ISEC'99. 12.3. 137-139 (1999)
• [文献書誌] 萩行正憲: "光伝導スイッチによるTHz波の発生"応用物理. 68. 1390-1391 (1999)
• [文献書誌] O.Morikawa: "Vector Imaging of Supercurrent Flow in YBa_2Cu_3O_<7-d> Thin Films Usig Terahertz Radiation"Appl.Phys.Lett.. 75-21. 3387-3389 (1999)
• [文献書誌] 本 明宏: "アンチドットを形成したYBCO薄膜における超伝導電流分布の観測"電子情報通信学会技術研究報告. SCE99-23. 13-18 (1999)
• [文献書誌] 森本正彦: "ワイヤーグリットを用いたテラヘルツ電磁波放射偏光パターンの計測"電子情報通信学会技術研究報告. SCE99-33. 75-80 (1999)
• [文献書誌] 紀和利彦: "YBCO薄膜上のGaAs光スイッチの作製とテラヘルツ電磁波励起"電子情報通信学会技術研究報告. SCE99-42. 31-36 (1999)
• [文献書誌] A.Irie: "Dynamics of Josephson vortices in intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_v single crystal mesas"(to be published). (2000)
• [文献書誌] T.Kiwa: "Magnetic Flux Trap in Ion Implanted YBCO Thin Films Diagnosed by Terahertz Mapping"Advances in Superconductivity XI (Springer-Verlag Tokyo). 219-222 (1999)
• [文献書誌] T.Kondo: "A Novel Two-dimensional Mapping System for Supercurrent Distribution Using Femtosecond Laser Pulses"Advances in Superconductivity XI (Springer-Verlag Tokyo). 1285-1288 (1999)
• [文献書誌] H.Saijo: "Magnetic Flux Generation in YBCO Thin Film Loops by Optical Excitation Under Magnetic Field"Advances in Superconductivity XI (Springer-Verlag Tokyo). 199-202 (1999)
• [文献書誌] K.Shikita: "Controllability and Stability of Magnetic Fulx in YBCO Thin Film Loop Trapped by Optically Induced Current Imbalance"Advances in Superconductivity XI. 215-218 (1999)
• [文献書誌] M.Tonouchi: "Magnetic Flux Quanta in YBCO Thin Film Loop Controlled with Femtosecond Optical Pulses"Advances in Superconductivity XI (Springer-Verlag Tokyo). 1293-1296 (1999)
• [文献書誌] M.Tonouch: "Design of Superconductive Optical Flux Trap Memory for Femtosecond Laser Pulse Detection"Advances in Superconductivity XI (Springer-Verlag Tokyo). 1297-1300 (1999)
• [文献書誌] M.Mukaida: "The influence of in-plane 0-45°grain boundary on microwave surface resistance of c-axis YBa_2Cu_3O_y films on MgO substrate"Physica. C321. 81-85 (1999)
• [文献書誌] G.Oya: "Intrinsic Josephson effects and vortex dynamic properties in layered high-temperature superconductors"Recent Res.Develop.Applied Phys.. 2. 429-452 (1999)
• [文献書誌] G.Oya: "Tunneling characteristics of intrinsic Josephson junctions in (Bi_<1-x>Pb_x)_2Sr_2CaCu_2O_y single crystals"Int.J.Mod.Phys.B. 13-29. 3718-3720 (1999)
• [文献書誌] T.Arakawa: "Synthesis of (Ba, Sr)TiO_3 thin films by plasma-activated pulsed laser deposition technique"Jpn.J.Appl.Phys.Part 1. 38-5A. 2869-2873 (1999)
• [文献書誌] A.Irie: "Josephson vortex flow in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y intrinsic Josephson junctions"Int.J.Mod.Phys.B. 13-29. 3678-3681 (1999)
• [文献書誌] M.Sugahara: "Experimental evidence of pairing FQHE state in HTS caused by //c zero-point oscillation in CuO_2 layer"Physica. C317-318. 618-620 (1999)
• [文献書誌] M.Tonouchi: "Detection and Storage of Femtosecond Laser Pulse Signals by Optical Magnetic-Flux-Generation in a YBCO Thin Film Loop"IEEE Transaction on Applied Superconductivity. 9-2. 4467-4470 (1999)
• [文献書誌] M.Hangyo: "Observation of Supercurent Distribution in YBCO Thin Film Devices by Photoexited THz Radiation"IEEE Trans.Appl.Supercond.. 9-2. 3038-3041 (1999)
• [文献書誌] M.Hangyo: "Ion-Beam Milling of YBCO Thin Films and Their Characterization by Time-Resolved Pump-Probe Method"IEEE Trans.Appl.Supercond.. 9-2. 1952-1955 (1999)
• [文献書誌] S.Nashima: "Ion Milling of YBa_2Cu_3O_<7-d> Thin Films and Their Characterization"Advances in Superconductivity XI (Springer-Verlag Tokyo). 129-132 (1999)
• [文献書誌] S.Nashima: "Femtosecond Optical Pulse Response of Y_<0.7>Pr_<0.3>Ba_2Cu_3O_<7-d> Thin Films"Advances in Superconductivity XI (Springer-Verlag Tokyo). 93-96 (1999)
• [文献書誌] M.Yamashita: "Evaluation of Supercurrent Distribution by Terahertz Radiation Mapping"Advances in Superconductivity XI (Springer-Verlag Tokyo). 189-192 (1999)
• [文献書誌] M.Mukaida: "A new epitaxial BaSnO_3 buffer layer for YBa_2Cu_3O_<7-8> thin films on MgO substrates"Proceeding of ISEC'99. 266-268 (1999)
• [文献書誌] K.D.Develo: "Effect of deposition rate on the surface morphology of CeO_2 films deposited by pulsed laser deposition"Physica. C320. 21-30 (1999)
• [文献書誌] M.I.Ali: "Effect of surface impedance on the antenna properties in superconducting microstrip antenna"Physica. C325. 143-152 (1999)
• [文献書誌] S.Ohshima: "High-temperature Superconducting microwave passive devices, filter and antenna"IEICE TRANS.Advances in Electron. E83-C(1). 2-6 (2000)
• [文献書誌] M.Mukaida: "Fabrication and microstructure of all in-plane aligned a-axis oriented superconductor/Insulator/superconductor junctions"Jpn.J.Appl.Phys.. 38. 1370-1374 (1999)
• [文献書誌] 平野 悟: "超伝導薄膜デバイスの磁束ノイズ測定"電子情報通信学会技術研究報告. SCE99-20. 37-42 (1999)
• [文献書誌] 平野 悟: "高温超伝導YBa_2Cu_3O_<7-δ>薄膜粒界接合における磁束量子運動"電子情報通信学会技術研究報告. SCE99-21. 1-6 (1999)
• [文献書誌] 小山: "磁場中における高温超伝導SQUID磁束計の動作特性"電子情報通信学会技術研究報告. SCE99-22. 7-12 (1999)
• [文献書誌] A.Kamitani: "Magnetic shielding analysis of axisymmetirc HTS plates in mixed state"IEICE TRNS.Advances in Electron.. E82-C(5). 766-773 (1999)
• [文献書誌] S.Ohshima: "Design and fabrication of narrow-band compact configuration hairpin filters"Proceedings of ISEC'99. 70-72 (1999)
• [文献書誌] K.D.Develos: "Effect of the CeO_2 buffer layer thickness on the microwave properties of YBCO thin films"Proceeding of ISEC'99. 263-265 (1999)
• [文献書誌] M.Tonouchi: "Terahertz radiation imaging of supercurrent distribution in vortex-penetrated YBa_2Cu_3O_<7-d> thin films strips"J.Appl.Phys.. (in press).
• [文献書誌] M.Sugahara: "Theory and experimental evidence for pair FQHE state caused by zero-point harmonic oscillation in block-layer potential"Symmetry and Pairing in Superconductors. 395-403 (1999)
• [文献書誌] M.Sugahara: "Anomalous fractional x dependence of dielectric property of c-axis oriented La_<2-x>Sr_xCuO_4 film"Science and Engineering of HTC Superconductivity. 467-474 (1999)
• [文献書誌] M.Sugahara: "Anomalous quantum resonance found in field-effect divice Pd/SrTiO_3/La_<2-x>Sr_xCuO_4/(100)SrTiO_3/Pd induced by CO_2 laser irradiation"Science and Engineering of HTC Superconductivity. 507-514 (1999)