| 研究課題/領域番号 |
25286046
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| 研究機関 | 独立行政法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
柏谷 聡 独立行政法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 首席研究員 (40356770)
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| 研究分担者 |
川畑 史郎 独立行政法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 主任研究員 (30356852)
松田 健一 日本大学, 理工学部, 准教授 (80360931)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 固体冷凍機 |
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| 研究実績の概要 |
強磁性体を用いた固体冷凍機の実現のために、まず正常金属を用いたNIS型固体冷凍機の品質改善を実現する手法に関して条件だしを行った。正常金属にはMnをドープしたアルミを用い、冷却用の接合と温度をプローブするための接合の両方を同時に動作させることにより、冷却動作のモニターを行った。その結果、今回作られた接合の品質においてはバリアー性能が不十分であり、NIS型においては冷却を示唆するデータは得られなかった。現在バリア特性の改善を含めた素子構造の改善を進めている。
強磁性体を用いた接合作成を進め、ハーフメタル強磁性体／超伝導体接合の層構造の設計と試作を実施した。作成した層構造はMgO基板/Co2MnSi/MgOトンネル障壁層（ウェッジに膜厚変化）/Al(50nm)などであるが、MgO基板上へのCo系ハーフメタル強磁性体の成長は実績があるため，問題がなかったが，超伝導体としてのアルミ層の成長が，同一チャンバー内での製膜に実績がなく，また装置の真空中基板搬送路のトラブルによって装置が使用できないなどの影響をうけ，試料となる層構造の作製が完成していない。
理論的にはクリーン極限の金属/スピンフィルター/超伝導体冷凍機に対して熱・電気複合シミュレーションを行い、様々なパラメータにおける冷凍能力について定量的評価を行い、最適な冷却能力を達成するためのデバイスパラメータを明らかにした。また、スピンフィルター層の磁化が不均一な場合における熱輸送理論を構築した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
NIS型冷凍器においては、バリアとなる酸化膜の品質が安定せず、リークの多い特性を示しているが、現在進めている改善したプロセスにおいては、品質が大幅に向上する結果を得ており、今後急速に進展することが期待できる。一方本研究の中心的なアイデアとなるハーフメタル強磁性体を用いたハーフメタル強磁性体／超伝導体接合の層構造に関しては、真空中基板搬送路のトラブルによって装置が使用できないなどの影響を受け、まだ必要な性能を達成するにいたっていない。
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| 今後の研究の推進方策 |
強磁性体接合に関しては、分担者松田健一氏が、北大山本教授との連携により、装置改善と接合品質改善を進める予定である。NIS型に関しては、産総研のプロセスでの条件だしを進め、0.3Kベースで0.2K程度の冷却を実現する冷凍器を動作させるべく条件だしを進める。また現実的なシステム構築のためのシミュレーションを進め、多段構造により1Kベースで0.2K程度の冷凍器を実現するための物理モデルの構築も行う予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
実験補助員の雇用が予定していた週5日ではなく週4日になったため、雇用費が予定より節減できた。また2014年度に予定していた冷凍器のメンテナンスが2015年度にずれ込んでいるため、一部作業費が持ち越しとなった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
予定通り、実験補助員の雇用および冷凍器のメンテナンス作業を行う。
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