極限機能ボルテックスデバイス研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10142102
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 岡部 洋一 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (50011169)
• 研究分担者: 円福 敬二 九州大学, 大学院・システム情報科学研究科, 助教授 (20150493) ; 吉田 啓二 九州大学, 大学院・システム情報科学研究科, 教授 (80108670) ; 高田 進 埼玉大学, 工学部, 教授 (80282424) ; 藤巻 朗 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20183931) ; 田中 三郎 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (10271602)
• キーワード: 超伝導 / SQUID / 磁気センサ / マイクロ波 / 磁束量子

研究概要

超伝導論理回路、SQUID磁気センサ、通信デバイスの3つの方面において研究を進めた。
超伝導論理回路に関しては、高温超伝導体での回路実現を目指し高品質接合作製技術・積層技術などの集積化技術の開発に取り組んだ。特に界面改質型ジョセフソン接合について調査を行い、臨界電流制御に目処を立てた。また、新しいNANDゲート方式の提案も行い、ゲート遅延時間・消費電力などの基礎的知見を得た。このゲートを用いるとジョセフソン伝送線路などの設計が容易になることが分かった。さらに、グラウンドプレーンを有する場合の超伝導線路インダクタンス計算手法を確立したことにより、実際の回路におけるインダクタンスの試算が容易になった。
SQUID磁気センサに関しては、構造の改良と実際の測定を行った。構造の改良については、磁束トラップの軽減を目的としたホール構造のSQUID磁束計を作製し、残留環境磁場が存在する簡易型磁気シールドルーム内においても測定が可能となることを実証した。また、SQUIDのS/N比改善のために高透磁率材料で作製した磁気スペーサを考案した。シミュレーションよりこの磁気スペーサはグラジオメータとの併用でも効果的であることがわかった。磁気測定については、ナノメータサイズの磁気微粒子を検出するシステムを用いて免疫反応を測定し、従来の光学的方法に比べて10倍高感度であることを示した。また、SQUID顕微鏡装置を試作して岩石の磁界を測定したところ、砂岩や花崗岩などの変性岩、堆積岩は数100ピコテスラ程度の信号変化しかなく、SQUIDでの計測が不可欠であることがわかった。
通信デバイスに関しては、高温超伝導薄膜の光・マイクロ波通信デバイスヘの応用として、サブキャリア通信用光変調器を開発した。超伝導電極回路にインバータを設けることで、従来型に比べ入力信号に対してより大きな変調信号を励振可能であることが示唆された。

研究成果

• [文献書誌] C. K. The: "Inductance calculation of 3D superconducting loop with ground plane"Extended abstracts of 7th ISEC '99. PII 1, 9. 345-347 (1999)
• [文献書誌] H. Myoren: "NAND gate for SFQ logic circuits"IEICE Trans. Electron.. E83-C, No.1. 81-84 (2000)
• [文献書誌] Keiji Yoshida: "A traveling-wave-type LiNbO_3 optical modulator with supercoducting electrodes"IEEE Trans. Microwave Theory Tech.. 47. 1201-1205 (1999)
• [文献書誌] Keiji Yoshida: "Modeling of high-Tc superconducting transmission line with anisotropic complex conductivity"IEICE Trans. Electron.. E83-C, No.1. 7-14 (2000)
• [文献書誌] K. Enpuku: "Detetion of magnetic nanoparticles with superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer and application to immunoassays"Jpn. J. Appl. Phys.. 38, No.10A. L1102-1105 (1999)
• [文献書誌] K. Enpuku: "High-Tc dc SQUID utilizing bicrystal junctions with 30 degree misorientation angle"IEEE Trans. Appl. Supercond.. 9, No.2. 3106-3112 (1999)
• [文献書誌] Saburo Tanaka: "High-Tc SQUID microscope with sample chamber"Supercond. Sci. Techno.. 12. 809-812 (1999)
• [文献書誌] Saburo Tanaka: "Development of a high-Tc SQUID cryo-system for measurement of a remanent magnetic field of rock"IEICE Trans. Electron.. E83-C, No.1. 44-47 (2000)
• [文献書誌] M. Horibe: "Fabrication of natural-barrier ramp-edge Josephson junctions"Supercond. Sci. Technol.. 12. 726-728 (1999)
• [文献書誌] A. Fujimaki: "Preparation of ramp-edge Josephson junctions with natural barriers"IEEE Trans. Appl Supercond.. 9, No.2. 3436-3439 (1999)
• [文献書誌] M. Matsuda: "High-Tc SQUIDs on bicrystal substrate with low permittivity"Extended abstracts of 7th ISEC '99. PI 2, 3. 137-139 (1999)
• [文献書誌] S. Hirano: "Vortex dynamics of Nb variable-thickness bridges measured by direct flux detection method"J. Appl. Phys.. 85. 7819-7823 (1999)