高品質な非ｃ軸配向Ｂｉ－２２２３単結晶薄膜の作製と新構造高出力ＴＨｚ素子への応用

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24560386
• Research Institution: Kanazawa Institute of Technology
• Principal Investigator: 遠藤 和弘 金沢工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50356606)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 立木 昌 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 客員研究員 (20028111) ; 有沢 俊一 独立行政法人物質・材料研究機構, 超伝導ユニット, 主幹研究員 (00354340)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: テラヘルツ発振 / 高温超伝導 / 薄膜 / 配向制御 / MOCVD法

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、薄膜を使って、実用レベルの発振強度を持つテラヘルツ（THz）素子を目指し、Bi系超伝導体薄膜の高品質化を進めてきた。その過程で、非c軸配向の単結晶膜を用いると、今までに無い全く新しいデバイス構造が可能になり、実用化に向けブレークスルーするべき最大の課題の「強度問題」を解決する、画期的なTHz素子ができることを着想した。すなわち、非c軸配向膜の表面に電極を設けるだけの極めて簡単な構造（プラナー型）では、電極間に多数の固有ジョセフソン接合（IJJ）が形成でき、IJJ数の２乗に比例するTHz波の発振強度の増加が期待される。これは、バルク結晶やc軸配向膜では不可能である。
そこで、有機金属化学気相成長法(MOCVD)により、THz波が吸収されない低誘電率基板上に、基板と薄膜との格子整合性を使う格子エンジニアリングの手法を駆使し、Bi系超伝導体Bi-2201、Bi-2212、Bi-2223のすべての酸化物について、それぞれc軸が約45度傾き、新構造素子に適した (115)、(117)、(119) 配向の非c軸配向膜を作製した。とくに、新構造のTHz素子では、電極間でc面が繋がっていると発振しないので、c面が一方向に揃った双晶の無い単結晶薄膜を作ることが重要である。本研究では傾斜基板を用いてステップフロー成長することにより、この「双晶問題」を解決した。これらの配向性を制御した非c軸配向の単結晶膜の評価は、新たに開発したψ－φスキャンによるX線回折により可能になった。もう一つのアプローチとして、c軸が基板に水平、即ちCuO2面が基板に垂直に配向した、「究極の非c軸配向」と言うべき、a軸配向の実現を追い求めてきた。その結果、Bi-2223単位格子のb、c軸長と整合する格子を持つ基板を見出し、これを用いて、双晶のないa軸配向した(100)Bi-2223超伝導膜の作製に世界で初めて成功した。

Research Products

• [Journal Article] Nanostructural Defects and Critical Current Densities in high-Quality Bi2Sr2CaCu2O8+x Epitaxial Thin Films prepared by MOCVD (2015)
  • Author(s): H. Yamasaki, K. Endo
  • Journal Title: IEEE Trans. Appl. Supercond. Volume: 25 Pages: 7900504-1,-4
  • DOI: 10.1109/TASC.2014.2369746
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Observation of quantum oscillations in a narrow channel with a hole fabricated on a film of multiband superconductors (2015)
  • Author(s): Y. Tanaka, G. Kato, T. Nishio, S. Arisawa
  • Journal Title: Solid State Commun. Volume: 201 Pages: 95-97
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2014.10.014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Double-Layer Fabrication of Cubic-Manganites/Hexagonal-no on Various Substrates by Ion Beam Sputtering, and Variable Electrical Property (2014)
  • Author(s): A. Okada, K. Uehara, M. Yokura, M. Matsui, K. Inaba, S. Kobayashi, K. Endo, N. Iwata, S. Arisawa, J. Thomas, R. John, S.L. Reddy, T. Endo
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 53 Pages: 05FB10-1, -9
  • DOI: DOI:10.7567/JJAP.53.05FB10
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin Coated Bi-Sr-Ca-Cu-O Films (2014)
  • Author(s): K. Endo, Y. Tateno, S. Arisawa, T. Endo, H. Kezuka, P. Badic
  • Journal Title: Proc. The 22th Int. Conf. Composites/Nano Engineering (ICCE-22) Volume: 22 Pages: CD
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Breaking of Ether Bonding of PET by Plasma Irradiation and its Recovery by Heating Characterized by ATR-FTIR (2014)
  • Author(s): M. Yokura, T. Mori, H. Takijiri, H. Yamamoto, K. Yamaji, K. Inagaki, K. Hanada, D. Hui, A. Darwish, M. Chipara, P. Mele, K. Endo, T. Endo
  • Journal Title: Proc. The 22th Int. Conf. Composites/Nano Engineering (ICCE-22) Volume: 22 Pages: CD
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ビスマス系銅酸化物超伝導薄膜の配向制御 (2014)
  • Author(s): 金子俊幸、有沢俊一、山崎裕文、露本伊佐男、P. Badica、遠藤和弘
  • Journal Title: The Papers of Technical Meetings on Physical Sensors, IEE Japan Volume: PHS-14-31 Pages: 19-24
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bi系酸化物超伝導体のマイクロ/ナノウィスカーの生成およびXRDによる評価 (2014)
  • Author(s): T. Sato, R. Sasaki, T. Masada, S. Tomioka, T. Nakamura, S. Nakamura, M. Tsuruoka, H. Kezuka, T. Kameya, S. Arisawa, H. Matsumoto
  • Journal Title: The Papers of Technical Meetings on Physical Sensors, IEE Japan Volume: PHS-14-29 Pages: 11-14
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 衝撃圧縮法を用いたBi系酸化物超伝導体のマイクロ/ナノウィスカーのSEMによる評価 (2014)
  • Author(s): 佐々木良輔、正田貴弘、富岡成矢、中村峰大、中村悟士、鶴岡 誠、毛塚博史、亀谷崇樹、真下 茂、有沢俊一、遠藤和弘
  • Journal Title: The Papers of Technical Meetings on Physical Sensors, IEE Japan Volume: PHS-14-28 Pages: 5-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 衝撃圧縮によるBi系酸化物超伝導体の圧力依存性 (2014)
  • Author(s): 中村悟士、富岡成矢、中村峰大、正田貴弘、鶴岡 誠、毛塚博史、真下 茂、C. Liliang、亀谷崇樹、有沢俊一、遠藤和弘
  • Journal Title: The Papers of Technical Meetings on Physical Sensors, IEE Japan Volume: PHS-14-27 Pages: 1-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 衝撃圧縮法によるBi系超伝導体の微粒化と厚膜化 (2014)
  • Author(s): 正田貴弘、富岡成矢、中村悟士、中村峰大、吉村徹三、鶴岡 誠、毛塚博史、亀谷崇樹、H. Matsumoto、H. Kishimura、有沢俊一、遠藤和弘
  • Journal Title: The Papers of Technical Meetings on Physical Sensors, IEE Japan Volume: PHA-14-16 Pages: 1-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 衝撃圧縮法によるBi系超伝導体結晶粒の育成とX線による評価 (2014)
  • Author(s): 佐藤 匠、富岡成矢、中村悟士、中村峰大、吉村徹三、鶴岡 誠、毛塚博史、真下 茂、亀谷崇樹、有沢俊一、遠藤和弘
  • Journal Title: The Papers of Technical Meetings on Physical Sensors, IEE Japan Volume: PHS-14-17 Pages: 5-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bi系酸化物超伝導体の微粒化とSEMによる評価 (2014)
  • Author(s): R. Sasaki, T. Masada, S. Tomioka, T. Nakamura, S. Nakamura, M. Tsuruoka, H. Kezuka, T. Kameya, S. Arisawa, H. Matsumoto
  • Journal Title: The Papers of Technical Meetings on Physical Sensors, IEE Japan Volume: PHA-14-18 Pages: 9-14
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bi-2211固有ジョセフソン接合を用いたテラヘルツ波発振素子の放射特性の解析 (2014)
  • Author(s): 立木 隆, 堅田 寛, 内田 貴司
  • Journal Title: 低温工学 Volume: 49 Pages: 367-372
  • DOI: 10.2221/jcsj.49.367
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of Cavity Modes in Superconducting Intrinsic-Josephson-Junction Oscillators for Terahertz-wave Generation (2014)
  • Author(s): T. Tachiki, H. Katada, T. Uchida,
  • Journal Title: J. Infrared Milli. Terahz. Waves Volume: 35 Pages: 509-516
  • DOI: 10.1007/s10762-014-0070-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High DC sensitivity of VOx bolometer thin films on Si3N4/SiO2 membranes fabricated by metal–organic decomposition (2014)
  • Author(s): T. Uchida, A. Matsushita, T. Tachiki
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 53 Pages: 068009/1-3
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.068009
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 衝撃圧縮法によるBi系酸化物超伝導体結晶粒の育成における圧力依存性及びシード効果 (2015)
  • Author(s): 中村峰大、富岡成矢、中村悟士、吉村徹三、毛塚博史、亀谷崇樹、C. Liliang、真下 茂、、岸村浩明、松本 仁、有沢俊一、遠藤和弘
  • Organizer: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県平塚市）
  • Year and Date: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [Presentation] ビスマス系銅酸化物超伝導薄膜の配向制御 (2014)
  • Author(s): 金子俊幸、有沢俊一、山崎裕文、露本伊佐男、P. Badica、遠藤和弘
  • Organizer: 電気学会フィジカルセンサ研究会
  • Place of Presentation: 金沢工大（石川県野々市市）
  • Year and Date: 2014-12-19
• [Presentation] 衝撃圧縮法を用いたBi系酸化物超伝導体のマイクロ/ナノウィスカーのSEMによる評価 (2014)
  • Author(s): 佐々木良輔、正田貴弘、富岡成矢、中村峰大、中村悟士、鶴岡 誠、毛塚博史、亀谷崇樹、真下 茂、有沢俊一、遠藤和弘
  • Organizer: 電気学会フィジカルセンサ研究会
  • Place of Presentation: 金沢工大（石川県野々市市）
  • Year and Date: 2014-12-19
• [Presentation] 衝撃圧縮によるBi系酸化物超伝導体の圧力依存性 (2014)
  • Author(s): 中村悟士、富岡成矢、中村峰大、正田貴弘、鶴岡 誠、毛塚博史、真下 茂、C. Liliang、亀谷崇樹、有沢俊一、遠藤和弘
  • Organizer: 電気学会フィジカルセンサ研究会
  • Place of Presentation: 金沢工大（石川県野々市市）
  • Year and Date: 2014-12-19
• [Presentation] Pressure Dependence of Shock-compacted BSCCO Superconducting Crystal Grain (2014)
  • Author(s): T. Kameya, S. Nakamura, S. Tomioka, T. Nakamura, T. Mashimo, L. Chen, M. Tsuruoka, H. Kezuka, S. Arisawa, K. Endo, T. Endo
  • Organizer: 24th Annual Meeting MRS-Japan 2014
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター（横浜市）
  • Year and Date: 2014-12-10 – 2014-12-12
• [Presentation] ビスマス系銅酸化物超伝導薄膜の配向制御技術 (2014)
  • Author(s): 金子俊幸、露本伊佐男、遠藤和弘、舘野康史、有沢俊一、P. Badica
  • Organizer: 第18回日本セラミックス協会北陸支部秋季研究発表会
  • Place of Presentation: 富山大学（富山市）
  • Year and Date: 2014-11-14
• [Presentation] MOCVD法による非c軸配向Bi2Sr2CaCu2O8+δ薄膜の作製と評価 (2014)
  • Author(s): 金子俊幸、舘野康史、有沢俊一、P. Badica、露本伊佐男、遠藤和弘
  • Organizer: 日本化学会第4回 CSJ 化学フェスタ 2014
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京）
  • Year and Date: 2014-10-14 – 2014-10-16
• [Presentation] 衝撃圧縮によるBi系酸化物超伝導体のマイクロウィスカーの生成 (2014)
  • Author(s): 富岡成矢、正田貴弘、亀谷崇樹、真下 茂、遠藤民生、遠藤和弘、有沢俊一、鶴岡 誠、毛塚博史
  • Organizer: 東京７５回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] Lattice Engineering and Growth Mechanism Control of HTS Thin Films and Heterostructures by MOCVD and by Spin Coating (2014)
  • Author(s): K. Endo
  • Organizer: Sci. Appl. Thin Films (SATF2014)
  • Place of Presentation: Cesme, Izmir (Turkey)
  • Year and Date: 2014-09-15 – 2014-09-19
  • Invited
• [Presentation] From HTS Thin Films Growth to Single Crystal Objects Growth (2014)
  • Author(s): P. Badica, K. Endo
  • Organizer: Sci. Appl. Thin Films (SATF2014)
  • Place of Presentation: Cesme, Izmir (Turkey)
  • Year and Date: 2014-09-15 – 2014-09-19
  • Invited
• [Presentation] Curious Magnetism and I-V Characteristics of p-n Junction, Switching and Hysteresis of LBMO/ZnO Heterostructures (2014)
  • Author(s): T. Endo, T. Mori, K. Uehara, M. Yokura, S. Kaneko, T. Tsuchiya, H. Nishikawa, S. Arisawa, Y. Nakamura, N. Ikenaga, K. Endo
  • Organizer: Int. Conf. Magnetic Mater. Appl. 2014 (ICMAGMA-2014)
  • Place of Presentation: Pondicherry (India)
  • Year and Date: 2014-09-15 – 2014-09-17
  • Invited
• [Presentation] Enhancement of the Output of the 32 mm Diameter SrTiO3 Crystal Grown by Flame Fusion (2014)
  • Author(s): Y. Tateno, P. Badica, S. Arisawa, K. Oka, H. Nanto, K. Endo
  • Organizer: The 15th IUMRS-Int. Conf. in Asia (IUMRS-ICA 2014)
  • Place of Presentation: 福岡大学（福岡市）
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-30
• [Presentation] Synthesis of Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O Superconducting Crystal Grains by Shock Compression without Annraling Process (2014)
  • Author(s): T. Kameya, S. Nakamura, H. Kezuka, M. Tsuruoka, L. Chen, T. Mashimo, T. Endo, K. Endo, S. Arisawa
  • Organizer: The 15th IUMRS-Int. Conf. in Asia (IUMRS-ICA 2014)
  • Place of Presentation: 福岡大学（福岡市）
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-30
• [Presentation] Scanning SQUID Microscopy as a Tool for Investigation of Superconducting Thin Films (2014)
  • Author(s): S. Arisawa, K. Yun, I. Iguchi, T. Hatano, K. Endo, T. Endo
  • Organizer: The 15th IUMRS-Int. Conf. in Asia (IUMRS-ICA 2014)
  • Place of Presentation: 福岡大学（福岡市）
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-30
• [Presentation] Lattice Matching Calculations for Out-of-plane Orientations of Cubic-LSMO on Hexagonal-(001)ZnO: Coulombic Energy (2014)
  • Author(s): T. Mori, A. Okada, K. Uehara, M. Yokura, S.L. Reddy, R. Johm, R. Philip, K. Endo, T. Endo
  • Organizer: The 15th IUMRS-Int. Conf. in Asia (IUMRS-ICA 2014)
  • Place of Presentation: 福岡大学（福岡市）
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-30
• [Presentation] Nanostructural Defects and Critical Current Densities in High-Quality Bi2Sr2CaCu2O8+x Epitaxial Thin Films Prepared by MOCVD (2014)
  • Author(s): H. Yamasaki、K. Endo
  • Organizer: 2014 Appl. Supercond. Conf. (ASC 2014)
  • Place of Presentation: Charlotte (US)
  • Year and Date: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [Presentation] Spin Coated Bi-Sr-Ca-Cu-O Films (2014)
  • Author(s): K. Endo, Y. Tateno, S. Arisawa, T. Endo, H. Kezuka, P. Badica
  • Organizer: The 22th Int. Conf. Composites/Nano Engineering (ICCE-22)
  • Place of Presentation: Malta
  • Year and Date: 2014-07-13 – 2014-07-19
  • Invited
• [Presentation] Breaking of Ether Bonding of PET by Plasma Irradiation and its Recovery by Heating Characterized by ATR-FTIR (2014)
  • Author(s): M. Yokura, T. Mori, H. Takijiri, H. Yamamoto, K. Yamaji, K. Inagaki, K. Hanada, D. Hui, A. Darwish, M. Chipara, P. Mele, K. Endo, T. Endo
  • Organizer: The 22th Int. Conf. Composites/Nano Engineering (ICCE-22)
  • Place of Presentation: Malta
  • Year and Date: 2014-07-13 – 2014-07-19
  • Invited
• [Presentation] 衝撃圧縮法によるBi系超伝導体の微粒化と厚膜化 (2014)
  • Author(s): 正田貴弘、富岡成矢、中村悟士、中村峰大、吉村徹三、鶴岡 誠、毛塚博史、亀谷崇樹、H. Matsumoto、H. Kishimura、有沢俊一、遠藤和弘
  • Organizer: 電気学会フィジカルセンサ研究会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京）
  • Year and Date: 2014-05-27
• [Presentation] 衝撃圧縮法によるBi系超伝導体結晶粒の育成とX線による評価 (2014)
  • Author(s): 佐藤 匠、富岡成矢、中村悟士、中村峰大、吉村徹三、鶴岡 誠、毛塚博史、真下 茂、亀谷崇樹、有沢俊一、遠藤和弘
  • Organizer: 電気学会フィジカルセンサ研究会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京）
  • Year and Date: 2014-05-27
• [Presentation] Bi系酸化物超伝導体の微粒化とSEMによる評価 (2014)
  • Author(s): R. Sasaki, T. Masada, S. Tomioka, T. Nakamura, S. Nakamura, M. Tsuruoka, H. Kezuka, T. Kameya, S. Arisawa, H. Matsumoto
  • Organizer: 電気学会フィジカルセンサ研究会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京）
  • Year and Date: 2014-05-27
• [Presentation] 高品質 Bi2212 エピタキシャル薄膜におけるナノ構造欠陥と臨界電流密度 (2014)
  • Author(s): 山崎裕文、遠藤和弘
  • Organizer: 第89回2014年度春季低温工学・超電導学会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京）
  • Year and Date: 2014-05-27
• [Presentation] Diverse I-V Characteristics of Heterojunction LBMO/ZnO Prepared by IBS (2014)
  • Author(s): T. Mori, A. Okada, S. Sakakura, M. Yokura, M. Yokura, M. Matsui, H. Nishikawa, N. Iwata, K. Endo, S.L. Reddy, R. John, T. Endo
  • Organizer: Int. Conf. Oxide Mater. Electronic Engineering (OMEE-2014)
  • Place of Presentation: Lviv (Ukraine)
  • Year and Date: 2014-05-26 – 2014-05-30
  • Invited