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2016 年度 実績報告書

鉛ビスマス系新規超伝導薄膜によるトンネル型量子デバイスの作製

研究課題

研究課題/領域番号 15J07623
研究機関京都大学

研究代表者

小森 祥央  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2017-03-31
キーワード高温超伝導 / 固有ジョセフソン接合 / 超伝導異方性
研究実績の概要

1212型の高温超伝導体(Pb,Cu)Sr2(Y, Ca)Cu2O7の超伝導特性について以下の3点を中心に研究を行った。
「高磁場・異方的電気伝導特性を基にした超伝導特性の評価」 60 Tのパルス高磁場を用いて超伝導を破壊し、臨界磁場の面内面直異方性から超伝導コヒーレンス長のab面方向とc軸方向の異方性を評価した。異方性は5-10と見積もられる結果となり、結晶構造から予想される通り、銅酸化物高温超伝導体の中で非常に異方性が小さく、1212型の物質群は超伝導材料としての応用に適することが明らかとなった。
「c軸ジョセフソン特性の評価」 薄膜に微小メサ加工を施し、c軸電流電圧特性の観察を行った。これまでビスマス系を中心とした限られた物質でしか観測されていなかった明瞭なジョセフソン特性を鉛がドープされた1212型の物質で初めて観察することに成功し、超伝導ギャップ・最大ジョセフソン電流などの知見を深めることができた。元素置換効果を検証した結果、鉛イオンの存在がc軸抵抗率を増大させ、明瞭なジョセフソン特性を形成する鍵となっていることが分かった。
「絶縁層の元素とc軸導電率を結びつける新たな理論に関する議論」 c軸の絶縁性をc軸ジョセフソン特性および臨界磁場の異方性から見積もったところ絶縁層のPbサイトのCu置換量およびBi置換量が増えるにつれて、絶縁性が低下する系統的な変化が観察された。これらの傾向から、c軸絶縁性を決定するのは絶縁層を構成する金属酸化物のバンドギャップの大きさなのではないかという推測を行い、単純な矩形ポテンシャルを想定し、Simmonsの量子トンネル電流を計算したところ、実験値から得られるc軸固有ジョセフソン接合のトンネル電流とよく一致することが分かった。この傾向は、1212型物質の元素置換効果だけでなく、層状構造を有する他の高温超伝導体でも広く成り立つことがわかった。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2016

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] 90 K superconductivity of clean Pb1212 epitaxial films2016

    • 著者名/発表者名
      S. Komori, A. Kondo, K. Kindo, and I. Kakeya
    • 雑誌名

      Superconductor Science and Technology

      巻: 29 ページ: 085007(1-5)

    • DOI

      10.1088/0953-2048/29/8/085007

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Terahertz conductivity in the under-doped Pb1212 epitaxial film2016

    • 著者名/発表者名
      A. Uzawa, S. Komori, Y. Kamei, and I. Kakeya
    • 雑誌名

      Physica C

      巻: 530 ページ: 14-16

    • DOI

      10.1016/j.physc.2016.05.012

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Generic description of the c-axis conductivity of cuprate superconductors proposed by Intrinsic Josephson properties in Pb12122016

    • 著者名/発表者名
      S. Komori and I. Kakeya
    • 学会等名
      Plasma-2016
    • 発表場所
      Nanjing(China)
    • 年月日
      2016-10-09 – 2016-10-12
    • 国際学会
  • [学会発表] Intrinsic Josephson properties and superconducting fluctuation in PbSr2Y1-xCaxCu2O7+δ epitaxial films2016

    • 著者名/発表者名
      S. Komori A. Uzawa and I. Kakeya
    • 学会等名
      Science and Applications of Thin Films, Conference & Exhibition
    • 発表場所
      Izmir(Turkey)
    • 年月日
      2016-09-19 – 2016-09-23
    • 国際学会
  • [学会発表] Intrinsic Josephson properties and superconducting fluctuation in Pb1212 epitaxial films2016

    • 著者名/発表者名
      S. Komori A. Uzawa and I. Kakeya
    • 学会等名
      11th International Conference on New Theories, Discoveries, Applications of Superconductors and Related Materials
    • 発表場所
      Bled,(Slovenia)
    • 年月日
      2016-09-11 – 2016-09-16
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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