| 研究課題/領域番号 |
26790029
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| 研究機関 | 宇都宮大学 |
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研究代表者 |
八巻 和宏 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90579757)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ジョセフソン効果 / 固有ジョセフソン接合 / 銅酸化物高温超伝導体 / 単結晶 / 希塩酸改質法 |
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| 研究実績の概要 |
今年度は、希塩酸改質法を発振素子の作製プロセスに組み込み、その特性評価を行った。希塩酸改質法を取り入れることで、発振素子と外部の境界が真空からビスマスオキシクロリドへと変化するため、インピーダンスのミスマッチングの問題が改善され、高出力化を期待できる。希塩酸改質法を用いて接合数の大きな（1000接合程度）固有ジョセフソン接合発振素子を作製し、液体ヘリウムで冷却することで典型的なアンダーダンプ型の電流電圧特性を確認した。また、固有ジョセフソン接合電磁波検出素子を用いて、この素子の発振特性を評価し、以下の知見を得た。
１．接合数の大きい試料では低バイアス電流領域においてキャビティ共振に起因する発振が観測された。２．電流-電圧特性において、発振が生じている領域で過剰電流が観測された。３．同一結晶上に作製した2つのメサを直列接続した結果、発振出力の増加が見られ、2つのメサの同期動作が示唆された。
また、新たな固有接合系探索の一環としてルテニウム系銅酸化物超伝導体の単結晶合成に取り組んだ。1212系に関してはストロンチウム－ガドリニウム－カッパーを前駆体とすることで固相反応法によって一辺の大きさが5から15マイクロメートル程度の立方体微小単結晶の合成に成功した。1222系に関しては自己フラックス法を用いることで一辺が数十マイクロメートル四方の板状結晶を得ることに成功した。これらは超伝導を示すものの、微小かつ前駆体に囲まれているため、単結晶のみでの特性を評価することが出来ない。最近、高温自己粉末圧縮法によって1222系の単結晶を示唆する板状試料を得ることに成功した。ルテニウム系銅酸化物高温超伝導体の1222系では世界で初めての成果であり、輸送特性の評価には至っていないものの、エックス線回折測定の結果はc軸配向した1222系の単結晶を示唆する結果を示した。得られた試料の結晶性、物理特性に関する評価を今後進める。
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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
希塩酸改質法により発振素子の特性を評価したものの、期待したような出力の顕著な増大は確認できなかった。希塩酸改質法は化学反応を用いているため、発振素子の接合端での形状が従来のアルゴンイオンミリングに比べ悪く、インピーダンスのミスマッチングの緩和とトレードオフとなっている可能性や、素子の発熱（排熱）が問題となっている可能性もあり、今後更に検討を進める必要がある。また、発振特性の評価にビスマス系銅酸化物高温超伝導体の微小メサ検出素子を用いているが、この検出素子の作製に時間を要してしまった。幸いにも新型の単結晶育成装置を導入することが出来たため、この問題は次年度ある程度改善されることが期待できる。
また、新しい固有接合系の探索に関しては世界で初となるルテニウム系銅酸化物高温超伝導体の1222系単結晶を示唆する試料の合成に成功しており、大きな成果が得られる可能性がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
新型の単結晶育成装置を導入することができたため、フローティングゾーン法を用いてビスマス系銅酸化物高温超伝導体単結晶を育成する。また育成した単結晶を用いて発振素子、検出素子を作製することで、素子の歩留まりの向上を図る。
ルテニウム系銅酸化物高温超伝導体に関しては結晶性の把握、並びに単結晶を示唆する板状結晶の合成条件の最適化を図ると共にc軸方向の伝導特性の評価を進める。単結晶を含む多結晶体でパイ接合を示唆する抵抗の非線形的な振る舞いが確認されており、この系の特性評価と物理特性の解明を図る。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
発振、検出素子の冷却に液体ヘリウムを、また高品質な単結晶を育成するために静水圧の油圧ポンプを導入した。その他、原材料である酸化物粉末試料など必要物品を購入した。相見積を取るなどしてコスト削減努めた結果3%程度の剰余金が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
剰余金の額は3%弱で大きくなく、次年度の予算と併せて研究の進展が早まるよう適正に執行する。
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