研究課題
本研究は、超伝導ボロンドープダイヤモンドの特異な堅牢性と超伝導転移温度10Kダイヤモンド合成技術を合わせた、物理接触、発熱、酸化に耐性のある堅牢なボロンドープダイヤモンド超伝導量子干渉計（SQUID）の実現および応用化を目的としている。2018年度では、昨年度に確立した収束イオンビーム(FIB)ナノトレンチ上エピタキシャル成長構造ジョセフソン接合の動作温度向上と同接合構造を用いたSQUIDの動作実証を実施した。FIB条件の最適化検討では、トレンチ深さをドーズ量により変化させることで動作温度が制御可能であることを明らかにした。トレンチが浅い(<20nm)場合にはトレンチを挟んだ超伝導体がコヒーレントに接続し、トレンチが深い(>60nm)場合には超伝導状態が接続せず残留抵抗が生じることを観測した。その中間にあたる深さ(～40nm）において、二段階の超伝導転移を観測した。一段目(～10K)の転移は超伝導薄膜自体の転移温度に由来し、二段目の転移温度（～8K）はトレンチ上で形成されたグレインバウンダリに由来することを明らかにした。構造最適化された接合条件を用いて作製したSQUIDは、最大動作温度10Kを示した。この値は昨年度の最大動作温度4Kを大きく更新し、現状得られている超伝導ダイヤモンド薄膜の最大転移温度にほぼ等しい。この結果は、本接合方法が単結晶ダイヤモンドSQUIDの作製に最適であることを示した。本研究成果は、単結晶超伝導ダイヤモンドでSQUIDが形成可能であることを世界に先駆けて実証し、その高い応用可能性を示した。これにより、超伝導ダイヤモンドの堅牢性を活かしたSQUIDシステムやジョセフソン素子の開発が期待される。
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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Diamond and Related Materials
巻: 90 ページ: 181～187
https://doi.org/10.1016/j.diamond.2018.10.013
