2014 Fiscal Year Annual Research Report
高温超伝導体単結晶薄膜の表面ナノ加工と超伝導特性制御
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24560021
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
大井 修一 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (10354292)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 高温超伝導体 / Bi2212 / ナノ加工 / 超伝導性制御 / 渦糸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高温超伝導体単結晶、特にBi2Sr2CaCu2O8+y（Bi2212）単結晶の劈開性を利用した高品質薄膜の作製および試料ダメージを極力抑えたナノスケール加工を可能にすることで、ナノ構造をもつ高温超伝導体における新規物性・機能の発現を目指し、（1）局所プローブを用いた薄膜の微細加工および評価、（2）微細加工された固有ジョセフソン接合スタックへの電流注入によるドーピング制御に取り組んだ。
原子間力顕微鏡（AFM）の探針を用いた局所陽極酸化法によるBi2212単結晶薄膜のナノ加工については、既存のAFM装置へ湿度調整機能を追加し、劈開により作製したBi2212単結晶薄膜の加工条件を調べた。その結果、100nm程度のライン加工が可能であることを確認したが、大気中での暴露時間に応じて表面抵抗が経時変化したため、画一的な加工条件では十分な再現性を得るに至らなかった。また、鋭利なダイアモンド探針を用いたスクラッチ法によっても、Bi2212のナノ加工を試みた。実際、膜厚100nm以下の劈開薄膜で100nm幅のきれいな切れ込みを作製できた。
一方、電流注入によるドーピング制御については、より微小な固有ジョセフソン接合の作製とそれらへのin-situドーピングを試み、1-10ミクロン四方の面積の異なる試料について、作製した全ての試料において、電流注入によるドーピング現象を確認した。ドーピングが始まる閾値電圧は約1-2Vで、試料面積との相関は確認できなかった。渦糸相図に与える影響については、渦糸格子融解転移温度・磁場が電流注入ドーピングにともない増大することを明らかにした。このことは、化学的ドーピングと同様にin-situ電流注入によってもキャリアが増加（異方性は減少）することを示しており、渦糸状態制御に向けて有用な手段の一つとなり得ることが確認できた。
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