非接触ナノギア

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20760178
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 袁 潔 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノテクノロジー基盤萌芽ラボ, NIMSポスドク研究員 (70469790)
• キーワード: 計算機システム / 超伝導材料・素子 / マイクロ・ナノデバイス / スピンエレクトロニクス / 分子モーター

研究概要

ビスマス系高温超伝導体を用いた固有ジョセブソン接合(接合数30)により、ジョセフソン磁束量子フロー現象へのラチェット効果を実証した。磁束量子は、大きな接合電流により、素子を超伝導遷移温度付近に加熱下債に自己磁場効果で導入されるものを利用した。ラチェットはリング状の接合に20個の非対称の歯車状の歯をつけたものである。磁束量子と歯の端面とが平行になると大きな抵抗を生じるが、適当な角度がある場合は磁束量子とエッジの不一致でエッジ効果は小さい。時計回りと反時計回りとで、歯の端面と磁束量子の方向(リングの円周方向)との角度が非対称になるように素子を設計した。整流効果は、12GHz交流電流入力に対し、磁束フロー電圧の差として100μVに達した。接合間の結合効果を理解するために、2次元結合サイン・ゴードン方程式によるシミュレーションを実施した。さらに、低温レーザー顕微鏡により、接合の観察を行ったところ、ラチェット効果が発現する磁束フロー状態では、磁束が歯の付近に滞在するのに対し、準粒子電圧状態では高速で運動して歯の効果が現れないことが明らかになった。以上、直接観察によっても、実際に整流効果が磁束の運動状態と一致していることを証明した。シミュレーション結果は、位相速度が、電磁波の媒質中速度に到達したことを示唆している。本研究課題提案「非接触ギヤ」は有望な研究テーマであるので、今後も引き続き展開していきたい。

研究成果

• [雑誌論文] Growth of electron-doped superconductor Pr0.9LaCe0.1CuO4 films and their applications to intrinsic Josephson junctions (2009)
  • 著者名/発表者名: J.Yuan, H.B.Wang, I.Iguchi, Y.Y.Hsu, S.Arisawa, A.Ishii, T.Hatano
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 19 ページ: 3443-3436
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature-and field-dependent leakage current of epitaxial YMnO3/GaN heterostructure (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Wu, J.Yuan, T.Peng, Y.Pan, T.Han, C.Liu
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 94 ページ: 122904(1-4)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of the epitaxial orientation and reduction of the interface leakage current in YMnO3/GaN heterostructures (2009)
  • 著者名/発表者名: H Wu, J.Yuan, T.Peng, Y.Pan, T.Han, K.Shen, B.R.Zhao, C.Liu
  • 雑誌名: Journal of Physics D : Applied Physics 42 ページ: 185302(1-7)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of electron-doped La2-xCexCuO4±δ thin films with various Ce doping by dc magnetron sputtering (2009)
  • 著者名/発表者名: B.X.Wu, K.Jin, J.Yuan, H.B.Wang, T.Hatano, B.R.Zhao, B.Y.Zhu
  • 雑誌名: Physica C 469 ページ: 1945-1949
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thickness-induced insufficient oxygen reduction in La2-xCexCuO4±δ thin films (2009)
  • 著者名/発表者名: B.X.Wu, K.Jin, J.Yuan, H.B.Wang, T.Hatano, B.R.Zhao, B.Y.Zhu
  • 雑誌名: Supercond.Sci.Technol. 22 ページ: 085004
  • 査読あり
• [学会発表] Observation of THz oscillations in stacked Josephson junctions with low temperature scanning laser microscope (2010)
  • 著者名/発表者名: H.B.Wang, S.Guenon, J.Yuan, Z.G.Jiang, Y.Y.Zhong, P.H.Wu, A.Iishi, T.Hatano, G.Boris, M.Gruenzweig, D.Koelle, R.Kleiner
  • 学会等名: 研究討論会「テラヘルツ電子デバイスの新展開」
  • 発表場所: 仙台、東北大学
  • 年月日: 20100225-20100226
• [学会発表] Terahertz Emission from a Slice of Cuprate Superconductor-Excitation, Synchronization, Detection, and Future Application (2010)
  • 著者名/発表者名: H.B. Wang, S. Guenon, J. Yuan, Z.G. Jiang, Y.Y. Zhong, P.H. Wu, A. Iishi, T. Hatano, G. Boris, M. Gruenzweig, D. Koelle, R. Kleiner
  • 学会等名: The First JST-DFG Workshop on Terahertz Superconductor Electronics
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 20100221-20100224
• [学会発表] Tunable THz sources with large Josephson junctions (2009)
  • 著者名/発表者名: H.B.Wang, S.Guenon, J.Yuan, Z.G.Jiang, Y.Y.Zhong, P.H.Wu, A.Iishi, T.Hatano, G.Boris, M.Gruenzweig, D.Koelle, R.Kleiner
  • 学会等名: The International Workshop on Terahertz Radiation and Metamaterials
  • 発表場所: Centro de Ccienciasde Benasque Pedro Pascual, Benasque, Spain
  • 年月日: 20091215-20091222
• [学会発表] Observation of THz oscillations in stacked Josephson junctions with low temperature scanning laser microscope (2009)
  • 著者名/発表者名: H.B.Wang, S.Guenon, J.Yuan, Z.G.Jiang, Y.Y.Zhong, P.H.Wu, A.Iishi, T.Hatano, G.Boris, M.Gruenzweig, D.Koelle, R.Kleiner
  • 学会等名: Eastern Asia Symposium on Superconductor Electronics
  • 発表場所: Nanjing University, Nanjing, China
  • 年月日: 20091011-20091015
• [学会発表] Terahertz Generation in Large Bi2Sr2CaCu2O8 Intrinsic Josephson Junction Stacks (2009)
  • 著者名/発表者名: H.B.Wang, S.Guenon, J.Yuan, G.Matthias, A.Iishi, S.Arisawa, T.Hatano, T.Yamashita, D.Koelle, R.Kleiner
  • 学会等名: 12th International Superconductive Electronics Conference(ISEC 2009)
  • 発表場所: Fukuoka, JAPAN
  • 年月日: 20090616-20090619
• [学会発表] Intrinsic Josephson junctions in high temperature superconductors as generators for THz radiation (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Guenon, M.Grunzweig, D.Koelle, R.Kleiner, H.B.Wang, J.Yuan, A.Iishi, S.Arisawa, T.Hatano
  • 学会等名: "SEFIRA 09"(Superconducting electronics front end infrastructure)
  • 発表場所: Frejus、France
  • 年月日: 20090526-20090528
• [学会発表] Intrinsic Josephson junctions in high temperature superconductors as generators for THz radiation (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Guenon, M.Grunzweig, D.Koelle, R.Kleiner, H.B.Wang, J.Yuan, A.Iishi, S.Arisawa, T.Hatano
  • 学会等名: WE-Heraeus Seminar on Microwaves for Condensed Matter Physics
  • 発表場所: Bad Honnef, Germany
  • 年月日: 20090405-20090408
• [学会発表] Tunable THz Josephson oscillators (2009)
  • 著者名/発表者名: H.B. Wang, S. Guenon, J. Yuan, Z.G. Jiang, Y.Y. Zhong, P.H. Wu, A. Iishi, T. Hatano, G. Boris, M. Gruenzweig, D. Koelle, R. Kleiner
  • 学会等名: 東北大学電気通信研究所共同プロジェクト研究研究会「環境負荷低減に資する超伝導計算機技術に関する研究」
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2009-11-26