量子領域の固有ジョセフソン接合における渦糸と電荷ダイナミクス

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13640353
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 松田 祐司 東京大学, 物性研究所, 助教授 (50199816)
• 研究分担者: 井澤 公一 東京大学, 物性研究所, 助手 (90302637)
• キーワード: ジョセフソン接合 / Bi : 2212 / シャピロステップ / フラックスロー / 異方的超伝導 / 有機超伝導 / 高温超伝導体 / 量子領域

研究概要

高温超伝導体は2次元超伝導層と絶縁帯層が交互に一次元的に積み重なった固有ジョセフソン接合系と見なすことができる。この系の最もユニークな点は超伝導層の厚みが極めて薄くデバイ遮蔽長と同程度となるために各超伝導層での電荷の帯電効果が顕著に現れることである。このためにその電磁レスポンスは従来のジョセフソン接合系とは大きく異なることが最近の研究で明らかになりつつある。本研究では高温超伝導体のサプミクロン幅の微小固有ジョセフソン接合系を作製してこの系における帯電効果をさらに増幅させることを目的とした。
本年度の研究ではまずBi2212を微細加工した10μm程度の幅の試料でのジョセフソン磁束のダイナミクスの研究を行った。その結果フラックスフロー状態でのマイクロ波応答にステップを観測できいわゆるシャピロステップがはじめて観測された。これによりコヒーレントなフラックスフローが起こっていることが明らかになった。また微細加工技術を確立し現在さらに小さな量子領域でのジョセフソン接合を作製することを目指している。
また異方的超伝導体の超伝導ギャップ構造を熱伝導により明らかにした。特に準2次元的な電子構造を持っ3種類の物質(i)スピントリプレット超伝導体Sr_2RuO_4(ii)重い電子系超伝導体CeColn_5(iii)有機超伝導体κ-(ET)_2Cu(SCN)_2の超伝導ギャップの構造を決定できた。また高温超伝導体の渦糸の電子構造とダイナミクスをNMRとマイクロ波より研究しどちらも従来の超伝導体とは大きく異なっていることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] K.Izawa, H.Takahashi, Y.Matsuda, et al.: "Superconducting gap structure of spin-triplet superconductor Sr_2RuO_4.."Physical Review Letters. 86. 2653-2656 (2001)
• [文献書誌] K.Kumagai, K.Nozaki, Y.Matsuda: "Charged vortices in high-temperature superconductors probed by NMR"Physical Review B. 63. 144502-1-144502-5 (2001)
• [文献書誌] K.Izawa, H.Yamaguchi, Y.Matsuda, et al.: "Angular position of nodes in the superconducting gap of quasi-2D..."Physical Review Letters. 87. 057002-1-057002-4 (2001)
• [文献書誌] K.Izawa, T.Sasaki, Y.Matsuda: "Superconducting gap structure of κ-(BEDT-TTF)_2Cu(NCS)_2 probed by"Physical Review Letters. 88. 027002-1-027002-4 (2002)
• [文献書誌] Y.Latyshev, M.Gaifullin, Y.Matsuda, et al: "Shapiro step response in the coherent Josephson flux flow..."Physical Review Letters. 87. 247007-1-247007-4 (2001)
• [文献書誌] Y.Matsuda, K.Kumagai: "Vortices in Unconventional Superconductors and Superfluid-Microscopic"Springer. 18 (2001)