研究課題
超伝導体中では磁束が量子化されるが、層状構造を持つ酸化物超伝導体ではその大きな異方性から、磁束量子は大きく扁平したジョセフソン磁束となる。Bi系超伝導体は固有ジョセフソン効果を発現する代表的材料であるが、薄膜を材料として用いることが実用化上必須である。一方、同効果を用いたデバイス作製には、磁束の微視的挙動の解明が不可欠である。本研究では走査SQUID（超伝導量子干渉素子）顕微鏡（SSM）を用いて非c軸配向のBi系超伝導体単結晶薄膜を観測し、固有ジョセフソン効果を利用したデバイス作製を目指してジョセフソン磁束の挙動を直接観察することにより可視化しようとするものである。本研究は観察対象となる薄膜の膜質の向上とそれをSSMで観察する2点であるが、前者は課題であった非c軸配向Bi系超伝導体薄膜の2方向成長に伴う双晶の抑制について、基板の種類や傾斜角、成長条件などに関する系統的なデータが得られ本年度論文化に至った。また膜質に大きな影響を与える基板に関して、大型で高品質のチタン酸ストロンチウムの単結晶育成を成長させる条件が系統的に明らかになり、これも論文としてまとまった。後者はこの非c軸配向膜を利用したジョセフソン磁束の挙動の直接観察であるが、粒界接合ジョセフソン接合に関する観測を行うことができた。しかし装置の不調が続いたこと、液体ヘリウムの入手の入手が困難でかつ高騰したこと、接合部分の観測に薄膜の微細加工の条件を詰め切るのに時間を要したこと、などから困難なものとなった。固有ジョセフソン接合における磁束の観察に関しては、初期的なデータが得られたが再現性は必ずしも十分ではなく、論文化には至らなかった。しかしこれら非従来型の磁束量子のSSMによる観測データが蓄積され、非整数などの他の非従来型磁束量子の観測につながる多くの知見が得られた。
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Crystal Growth and Design
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Materials
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