2003 Fiscal Year Annual Research Report
高温超伝導体微小ジョセフソン超格子のナノエレクトロニクス応用へ向けた基礎研究
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14550316
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
入江 晃亘 宇都宮大学, 工学部, 助教授 (90241843)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大矢 銀一郎 宇都宮大学, 工学部, 教授 (00006280)
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| Keywords | Bi_2Sr_2CaCu_20_y単結晶 / ジョセフソン超格子 / 固有ジョセフソン接合 / 熱ノイズ / ジョセフソン結合エネルギー / クーロンブロッケード / 単クーパー対トンネリング |
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| Research Abstract |
本研究は,層状酸化物高温超伝導体Bi_2Sr_2CaCu_20_y(BSCCO)単結晶(転移温度:〜85K)に内在する固有ジョセフソン結合超格子をサブミクロン領域まで微小化し,そのナノエレクトロニクスへの応用を目指すものであり,本年度は,前年度に引き続き微小固有ジョセフソン接合の本質的なジョセフソン並びに準粒子トンネル特性の解明,及び同超格子の単電子トンネル素子に代表されるナノエレクトロニクスへの応用について検討し,以下の成果を得た.
1.固有ジョセフソン接合特性のサイズ依存性
BSCCO単結晶を電子ビームリソグラフィにより異なるサイズのメサ素子に加工し,固有ジョセフソン接合特性のサイズ依存性を調べた.その結果,メサ内の接合数が少ない場合,単一固有ジョセフソン接合のギャップ電圧は,接合面積に依存せず約60mVであることを明らかにした.
2.固有ジョセフソン接合アレーにおける臨界電流揺らぎの評価
多数の接合が積層した固有ジョセフソン接合アレーにおける臨界電流は,接合面積の増加とともに広く分布することがわかった.また,実験結果を熱活性モデルにより解析した結果,同接合で観測された臨界電流分布は,熱ノイズよりもボルテックス揺らぎの影響が大きいことを見出した.さらに,臨界電流の温度依存性は,接合の微小化に伴い系統的に変化することを明らかにした.この温度依存性の変化は熱ノイズを考慮したRSJモデルによりよく説明できることがわかった.
3.微小固有ジョセフソン接合アレーのナノエレクトロニクス応用への検討
サブミクロン固有ジョセフソン接合アレーの臨界電流密度は,接合面積が数μm^2以上の試料のそれと比較するとクーロンブロッケード効果の寄与により1〜2桁小さくなることを見出した.また,接合面積0.49μm^2の試料において単一クーパー対トンネリング特性と類似したステップ構造を観測することに成功した.
以上,本研究で得られた成果は,Bi_2Sr_2CaCu_20_y固有ジョセフソン接合のナノエレクトロニクス応用への可能性を示すものであり,今後の同分野の発展が期待される.
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[Publications] A.Irie, Y Kurosu, G.Oya: "Rf-induced steps in intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y"IEEE Trans.Appl.Supuercond.. 13. 908-911 (2003)
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[Publications] A.Saito, H.Ishida, A.Irie他: "Temperature Dependence of the Low-Frequency Noise Properties in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y Intrinsic Josephson junctions"IEEE Trans.Appl.Supuercond.. 13. 904-907 (2003)
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[Publications] A.Irie, G.Oya: "Temperature Dependence of Shapiro Steps in Surface Intrinsic Josephson Junctions of Bi_2Sr_2CaCu_2O_y Single Crystals"Trans.MRS-J. (印刷中).
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[Publications] H.Kaneoya, A.Irie, G.Oya: "Interaction between optical phonons and ac Josephson oscillations in intrinsic Josephson junctions of (Bi_<1-k>Pb_x)_2Sr_2CaCu_2O_y"Trans.MRS-J. (印刷中).
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[Publications] M.Kitamura, A.Irie, G.Oya: "Temperature dependence of critical currents of small-sized intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y"Trans.MRS-J. (印刷中).
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[Publications] N.J.Ali, Y.Imai, H.Kaneoya, A.Irie, G.Oya: "In-Phase Motion of Vortices in Intrinsic Josephson Junctions in Mesas of Bi_2Sr_2CaCu_2O_y Single Crystals"Trans.MRS-J. (印刷中).
