高感度な単一光子検出器を酸化物高温超伝導体(Yba_2CU_3O_y:YBCO)で実現することを目的として、(1)低い臨界電流(I_C)、(2)高い受光効率、を有する高温超伝導体ナノワイヤーの作製法についての検討を行ってきた。 (1)については、c軸配向膜に比べ臨界電流密度(J_c)が1桁程度低いa軸配向膜の利用を検討したが、高い臨界温度(T_c)の成膜を再現よく行うことは困難との実験結果を得た。一方、エピタキシャルYBCO薄膜の成長開始時の格子ひずみ(単結晶基板との格子不整合)を小さくし、従来の20%程度まで薄くても高い超伝導性(臨界温度80K以上)を保つことに成功した。さらに、形状としての厚さは20nmであっても、超伝導電流が流れる実効的な厚さは5nm程度で実現できることを実験的に確認した。このことは、動作温度を予め考慮して、YBCOの膜厚を設定すれば実効膜厚を数nmとする素子の作製が可能であることを意味し、低いI_cのYBCOナノワイヤーを得るにはこの方法が最も現実的であると結論付けた。 また、プラズマエッチングをYBCOに施さず、ボトムアッププロセスでナノワイヤーの構造・機能を実現する新しい技術の導入を試みたが、工程数が増えることによる歩留まりめ低下も生じるため、必ずしも有利とは言えず、従来のトップダウン型プロセスを基本として、YBCOのエッチング時に液体窒素を冷媒に使った試料ステージの冷却が歩留まり率の向上には有効であると結論付けた。 (2)に関しては、100×100μm□の領域に、180nmのラインアンドスペースでメアンダ構造を有するナノワイヤー形状にYBC0が加工可能であることまでを電子顕微鏡レベルの観察で確認し、一定の受光効率が確保できることを示すことができた。しかし、本研究の期間内でそれを用いた動作確認を行うまでには至ることはできなかった。電気的特性の評価は、別途行った、200nm幅、1μm長さのワイヤーで確認し、良好な超伝導特性を得た。
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