非接触ナノギア

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20760178
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 知能機械学・機械システム
• 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)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2009
• キーワード: マイクロ・ナノメカトロニクス / ナノギア / ジョセフソン磁束 / Qubit / 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Bi2Sr2CaCu2O8単結晶を用いて、円環形状の外側にギアの様に20枚の非対称の刃をもつジョセフソン接合(接合列数30)を試作した。非対称の刃がもたらす効果により、接合を貫く磁束量子の円環面内での回転運動に強い異方性が観測された。磁束量子の高速運動性に起因して、12GHzでの整流現象を確認し、高速非接触ギヤとしての基本特性を確認した。この接合のプラズマ周波数が数百GHzであり、その周波数までの磁束量子の高周波運動が実現していることも同時に明らかにしており、この整流効果が少なくとも数百GHzまで適用可能であることが期待される。さらに、この現象の普遍性を確認すべく、電子ドープ系高温超伝導体Pr0.9LaCe0.1CuO4(PLCCO)薄膜を作成して、高速非接触ギヤとしての基本特性を評価した。

研究成果

• [雑誌論文] Hot spots and waves in Bi2Sr2CaCu2O8 intrinsic Josephson junction stacks - a study by Low Temperature Scanning Laser Microscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: H.B. Wang, S. Guenon, J. Yuan, A. Iishi, S. Arisawa, T. Hatano, T. Yamashita, D. Koelle, R. Kleiner
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 102 ページ: 017006
  • 査読あり
• [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: 3443-3446
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-plane magnetoresistance of electron-doped superconducting thin films Pr0. 9LaCe0. 1CuO4 (2009)
  • 著者名/発表者名: J. Yuan, H.B. Wang, I. Iguchi, S. Arisawa, A. Ishii, T. Hatano
  • 雑誌名: Physica C 469 ページ: 1140-1142
  • 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
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of electron-doped La2-xCexCuO4±δthin 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 La_<2-x>Ce_xCuO_<4±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
• [雑誌論文] In-plane stress effect on the electron-doped superconductor La1. 89Ce0. 11CuO4 thin films (2008)
  • 著者名/発表者名: J. Yuan, S.J. Zhu, K. Jin, H. Wu, B. Xu, X.G. Qiu, B.R. Zhao
  • 雑誌名: Physica C 468(15-20) ページ: 1876-1878
  • 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
  • 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] Terahertz electronics on the atomic scale using intrinsic Josephson junctions in cuprate superconductors (2010)
  • 著者名/発表者名: H.B. Wang, S. Guenon, J. Yuan, Boris Gross, Z.G. Jiang, M. Gruenzweig, Y.Y. Zhong, A. Iishia, P.H. Wu, T. Hatanoa, D. Koelle, R. Kleiner
  • 学会等名: DFG-JST Workshop on Nanoelectronics
  • 発表場所: Bad Honnef
  • 年月日: 20100117-20100119
• [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: 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, 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
  • 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
  • 年月日: 20090405-20090408
• [学会発表] Laser imaging of hot spots and waves in Bi2Sr2CaCu2O8 intrinsic Josephson junctions (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Guenon, M. Gruenzweig, H.B. Wang, J. Yuan, A. Iishi, S. Arisawa, T. Hatano, T. Yamashita, D. Koelle, R. Kleiner
  • 学会等名: DPG Spring Meeting
  • 発表場所: TU Dresden, Dresden, Germany.
  • 年月日: 20090322-20090327
• [学会発表] Investigation of self-heating in BiSrCaCu2O8 single crystals via Low Temperature Scanning Laser Microscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Gruenzweig (Tuebingen University), S. Guenon, H.B. Wang, J. Yuan, A. Iishi, S. Arisawa, T. Hatano, T. Yamashita, D. Koelle, R. Kleiner
  • 学会等名: DPG Spring Meeting
  • 発表場所: TU Dresden, Dresden, Germany.
  • 年月日: 20090322-20090327
• [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
• [学会発表] Inside the Terahertz gap - intrinsic Josephson junctions in high temperature superconductors (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: Colloquium
  • 発表場所: University of Graz
  • 年月日: 2009-04-28
• [学会発表] BSCCO単結晶にc軸以外の方向から磁場を印加した時のホール効果 (2009)
  • 著者名/発表者名: 袁潔, 王華兵, 有沢俊一, 石井明, 羽多野毅
  • 学会等名: 2009応用物理学春季講演会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2009-04-02
• [学会発表] In-plane magnetoresistance of electron-doped superconducting thin films Pr0. 9LaCe0. 1CuO4 (2008)
  • 著者名/発表者名: J. Yuan, H.B. Wang, I. Iguchi, S. Arisawa, A. Ishii, T. Hatano
  • 学会等名: 21st international symposium on superconductivity
  • 発表場所: Tsukuba, Japan.
  • 年月日: 2008-10-28
• [学会発表] Growth of electron-doped superconductor Pr0. 9LaCe0. 1CuO4 films and their applications to intrinsic Josephson junctions (2008)
  • 著者名/発表者名: J. Yuan, H.B. Wang, I. Iguchi, Y.Y. Hsu, S. Arisawa, A. Ishii, T. Hatano
  • 学会等名: Applied Superconductivity Conference 2008
  • 発表場所: Chicago, U.S. A
  • 年月日: 2008-08-20