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Bi系高温超伝導体Bi2Sr2CaCu208+d(Bi2212)を対象として、その結晶構造に内在する固有ジョセフソン接合を用い、約5層(3-7.5nm)1辺2-5mmの微小メサ構造を作製して単パルス固有トンネル分光を行った。このメサ構造の寸法はこれまでよりも厚さで1/2、1辺で1/2-1に縮小されており、そのため発熱が従来よりも1/2-1/8に抑制されており、トンネル分光への自己発熱の影響はほとんどない。トンネル分光の結果、超伝導エネルギーギャップが100eVと従来よりも大きく、かつギャップ内に特徴的な肩構造を観察した。これを超伝導面内に常伝導部分が存在するというモデルで解析し、50nmのスケールの不均一性が存在することを示唆する結果を得た。
1辺2mm、2層(3nm)のBi2212固有ジョセフソン接合の微小メサ構造を作製した。得られた試料のスイッチング確率分布を測定したところ、最表面のジョセフソン接合に関しては、実効的な脱出温度が環境温度よりも低く、一方、第2層の固有ジョセフソン接合に関しては、5-10K程度環境温度より高い実効脱出温度でKramersの理論と一致することがわかった。巨視的量子トンネル効果へのクロスオーバー温度は少なくとも5K以下であることがあきらかになった。
以上の実験結果は、高温超伝導体では超伝導状態が従来の超伝導体と比較して本質的に不均一である可能性が高いことを示唆しており、高温超伝導の発現機構解明上、重要な実験結果である。
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