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超伝導トンネル接合を用い、既存の冷凍機と組み合わせ、超伝導トンネル接合上で既存の冷凍機の冷却温度以上に低い温度を実現させる固体冷凍機の冷却能力改善を目指すための研究を行っている。
実際の冷却は、超伝導トンネル接合上に冷却したい微小サンプルや低温で動作する高感度センサーなどを熱的に接触させ、固体冷凍機からの排熱を行うことを想定しており、冷却が必要な部分のみを局所的に冷却できるために、効率の良い冷却を行うことができる。
固体冷凍機は、素子中の準粒子を利用して排熱を行う。アンデレーフ反射が起こるため排熱が行われにくくなるが、強磁性体を用いると、スピンによりアンデレーフ反射が起こりにくくなると予想されるため、強磁性体を用いた接合の冷却効果の改善が課題となっている。
固体冷凍機の作製は、これまでもいくつかのグループで行われ、作製方法も様々であるが、本研究では界面の状態が最も良好であると予想される、プロセスの最初に三層膜を基板に成膜する方法を採用している。作製に利用している装置が一部変更になったために常伝導(N)/絶縁体(I)/超伝導体(S)接合の作製プロセスの再構築を行い、冷却効果の確認を行った。トンネル接合のコンダクタンスを理論計算と比較することにより冷凍機の性能を評価したところ、バス温度334mKに対し93mKまで温度が下がり、冷却効果が得られていることが確認できた。また、膜厚が徐々に変化する傾斜膜を用いたトンネル接合のプロセス構築を行った。作製した接合は、現在冷却効果を検証するための実験を行っている。
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