磁気-光-電子・量子機能基礎研究

2000 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, 電子科学研究科, 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センター, 助教授 (40207593) ; 木須 隆暢 九州大学, システム情報科学研究科, 助教授 (00221911)
• キーワード: ボルテックス / 高温超伝導 / SQUID / 固有ジョセフソン結合 / フェムト秒レーザー / 誘電干渉効果 / 低温ビッター法 / 光磁束変換

研究概要

ボルテックスの可視化とダイナミクス解析を行い、ビッター法、直接磁束検出法、低温磁気力顕微鏡、SQUID顕微鏡によりYBCO薄膜試料のボルテックスを観察した結果、薄膜中では安定なものの結晶粒界ではピニング力が弱く熱エネルギーにより容易に移動することが分かった。この運動はμmサイズの並列スロットを粒界に作り込むことで抑制されることが明らかとなり、その結果から低雑音高温超伝導SQUIDの構造が決定された。さらに、磁束クリープから磁束フローヘのクロスオーバ領域を含む、広い電界領域に亘る電界-電流密度特性を統一的に記述できる理論を提出し、実験による定量的検証を行って理論と良い一致を示した。Bi2212単結晶の固有ジョセフソン接合超格子では、約0.2Tの磁界下でボルテックスフローによる80GHzの発振を観察した。また、1μm長の微小接合メサではフラウンホーファ型の臨界電流磁界依存性を確認した。
低ドープのLaSrCuO薄膜において、準静的誘電特性測定、及び遠赤外レーザ光照射下の低電流//c抵抗測定により、[ドープ量]×[膜厚(nm)]/1.32=N(N-1)(N-2)/3(Nは3以上の整数)の場合、binaryな量子状態が室温でも観測され、量子状態が維持されるデコヒーレンス時間が数日間以上にも達することを見出した。
フェムト秒レーザーによる光・ボルテックス相互作用の研究では、時間分解能100fsでの超伝導体中における光励起電荷散乱過程を露にし、磁束生成過程の解明に重要な情報を得た。また、超伝導薄膜中に光パルスの形状を反映したボルテックス分布を誘起し、この新しい効果がフェムト秒光信号の2次元イメージングに応用できることを示した。

研究成果

• [文献書誌] H.Oyama: ""High-Tc SQUID magnetometers with mesh structure""Advances in Superconductivity. Vol.12. 1027-1029 (2000)
• [文献書誌] S.Hirano: ""Direct flux noise measurement of YBa_2CU_3O_<7-δ> grain boundary junction""Advances in Superconductivity. Vol.12. 139-1041 (2000)
• [文献書誌] S.Hirano: ""Direct measurement of vortex motion in Nb variable-thickness-bridges""Inst.Phys.Conf.Ser.. No.167. 461-464 (2000)
• [文献書誌] 小山洋: ""磁場中における高温超伝導SQUID磁束計の動作特性""電子情報通信学会論文誌. J38-C. 860-866 (2000)
• [文献書誌] S.Hirano: ""Direc detection of the magnetic flux noise from moving vortices in wide YBa_2CU_3O_<7-δ> grain boundary junctions""Appl.Phys.Lett.(to be published). Vol.78. (2001)
• [文献書誌] K.Chiba: ""Critical thickness of BaSnO3 buffer layer for YBa_2Cu_3O_<7-δ> thin films on MgO substrates""Physica C. Vol.349. 35-39 (2001)
• [文献書誌] S.Ohshima: ""Fabrication of low surface resistance YBCO films and its application to microwave devices""Physica C. Vol.335. 207-213 (2000)
• [文献書誌] K.D.Develos: ""Elimination of a-axis growth in YBa_2Cu_3O_<7-δ> films on CeO_2-buffered Al_2O_3""Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.39. 1116-1120 (2000)
• [文献書誌] S.Ohshima: ""High-temperature superconducting passive microwave devices, filters and antennas""Supercond.Sci.Technol.. Vol.13. 103-108 (2000)
• [文献書誌] A.Irie: ""Dynamics of Josephson vortices in intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y single crystal mesas""Inst.Phys.Conf.Ser.. No.167. 221-224 (2000)
• [文献書誌] A.Saito: ""Low frequency noise properties of Bi_2Sr_2CaCu_2O_y intrinsic Josephson junctions""Advances in Superconductivity. Vol.12. 1120-1122 (2000)
• [文献書誌] A.Irie: ""Critical currents of small intrinsic Josephson junction stacks in external magnetic fieds""Phys.Rev.. Vol.62. 6681-6686 (2000)
• [文献書誌] A.Saito: ""Random telegraph voltage noise in a Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+x> intrinsic Josephson junction""IEEE Trans.Appl.Supercond.. (to be published). (2001)
• [文献書誌] G.Oya: ""New features of subgap structures in intrinsic Josephson junctions of(Bi_<1-x>Pb_x)_2Sr_2CaCu_2O_y""Physica C. (to be published). (2001)
• [文献書誌] T.Kiwa: ""Time-Domain Terahertz Spectroscopy of (100)(LaAlO_3)_<0.3>-(Sr_2AlTaO_6)_<0.7> Substrate""Jpn.J.Appl.Phys.Part 2.. Vol.40(1A/B). 38-40. (2000)
• [文献書誌] M.Sugahara: ""New macroscopic quantum state in perovskite-crystalline conductor with ILocalized carrier system""Int.J.Mod.Phy.B. Vol.14(10). 1025-1035 (2000)
• [文献書誌] M.Sugahara: ""Boson FQHE state in cuprate oxide induced by large//c zero-point oscillation""Phyica C. Vol.341-348. 319-320 (2000)
• [文献書誌] M.Sugahara: ""Interference in macroscopic state in cuprate oxide caused by large //c zero point""Physica C. Vol.341-349. 2231-2232 (2000)
• [文献書誌] M.Sugahara: ""Macroscopically quantized hole states in La_<2-x>Sr_xCuO_<1-δ> film crystal observable up to room temperature""Int.J.Mod.Phy.B. (to be published). (2001)
• [文献書誌] S.Gevorgyan: ""Advantages of λ measurement in flat geometry High-T_c Cuprates by an Open-Flat Coil Magnetometer demonstrating Its Wide Possibilities For Detection""Nuclear Instr.Methods Phys.Res.,A(NIM-A). Vol.444(1-2). 471-475 (2000)
• [文献書誌] S.G.Gevorgyan: ""Highly sensitive open-flat coil magnetometer for the λ measurements in plate-like high-T_c cuprates""Review of Scientific Instruments. Vol.71,(3). 1488-1494 (2000)
• [文献書誌] T.Kiss: ""Anisotropic current transport property and its scalin in a YBCO film under the magnetic fields up to 27T""Inst.Phys.Conf.Ser.. Vol.167. 803-806 (2000)
• [文献書誌] S.Gevorgyan: ""The possibility of determination of the material parameters in HTS by means of the improved "LC resonator" method""Advances in Superconductivity. Vol.12. 320-322 (2000)
• [文献書誌] M.Inoue: ""Anisotropy of E-J characteristics in YBCO superconductors""Advances in Superconductivity. Vol.12. 389-391 (2000)
• [文献書誌] M.Tonouchi: ""Terahertz radiation imaging of supercurrent distribution in vortex-penetrated YBa_3Cu_3O_<7-δ> thin film strips""J.Appl.Phys.. Vol.87(1). 7366-7375 (2000)
• [文献書誌] S.Nashima: ""Two Components in Femtosecond Optical Response Y_<0.7>Pr_<0.3>Ba_2Cu_3O_<7-δ> thin film strips""Jpn.J.Appl.Phys.. vol.39(7A). 663-666 (2000)
• [文献書誌] M.Tonouchi: ""Optical Magnetic Flux Generation in YBCO Thin Film Loops Using Femtosecond Laser Pulses""Physica B. Vol.284-288. 1888-1889 (2000)
• [文献書誌] M.Tonouchi: ""Vortex Penetration in YBCO Thin Film Strips Observed by THz Radiation Imaging""Physica B. Vol.284-288. 853-854 (2000)
• [文献書誌] T.Kiwa: ""Optical Response in Amorphous GaAs Thin Films Prepared by Pulsed Laser Deposition""Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.39,Part1(11). 6304-6308 (2000)
• [文献書誌] A.Moto: ""Terahertz Radiation Imaging of Vortex Penetration into YBCO Thin Films with and without Ordered Arrays of Antidots""IEICE Trans.Electron.. E84-C(1). 67-73 (2000)