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一電子帯電効果が重要になる微小超伝導トンネル接合においてジョセフソン結合が弱い場合、低温でクーロンブロッケイドによって接合は絶縁体化する。しかしこの接合に並列抵抗を付加すると、超伝導性が復活する。この超伝導・絶縁体転移は超伝導位相の量子論的な運動が散逸によって古典化するとの見方で考えることが出来る。このように微小ジョセフソン接合は超伝導位相という巨視的変数の量子力学的運動を研究する格好の舞台である。本研究は、これまで調べられたことのなかった一次元超伝導微小トンネル接合列におけるこの散逸誘起超伝導絶縁体転移の詳細を実験的に明らかにすることを目的とする。
今年度の研究成果は以下の通りである。
1.電子線リソグラフィー法とアルミニウム、Crの多方向斜め蒸着、酸化、リフトオフによってシリコン基板上に並列抵抗を有するジョセフソン一次元接合列を作製し、その伝導特性を極低温で測定した。試料の各ノードの一電子帯電エネルギーE_Cは約0.1meVである。各接合部は外部磁場によって有効ジョセフソン結合エネルギーE_Jを連続的に変えられるんだDC-SQUID型とし、また長さの異なる並列抵抗をもつ複数の試料を同一基板上に同時に作製した。これによって並列抵抗(散逸)およびジョセフソン結合による変化を系統的に調べた。
2.測定の結果、(1)並列抵抗がない場合、小さなE_J/E_C比をもつ一次元列の基底状態はクーロンブロッケイドによる絶縁体であること、(2)このような系においても10kΩ程度より小さな並列抵抗を付けることによって超伝導が回復すること、(3)大きなE_J/E_C比の試料においては臨界抵抗値の値は増加することを見いだした。これらの実験結果は定性的に理論の予想を支持する。また小さなE_J/E_C比における臨界並列抵抗の大きさは半定量的に一致する。
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