極微小トンネル接合高磁場SQUIDの開発と応用

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本研究の目的は微小トンネル接合を利用したdc-SQUIDの基本的特性を調べ、センサー応用の適否を確認することにあり、実施計画に基づいて以下の研究を行った。1.前年度までは4(μm)^2のループ面積をもつ素子を中心に調べたが、今年度は接合部分は微小のままループ面積を400(μm)^2まで大きくした素子を作製し、センサー特性を調べた結果、面積の増加によって磁場変調が見られる最大磁場がやや減少するものの、低磁場ではほぼ同様な特性を持つことが確認された。2.マイクロSQUID素子の磁化測定への適用性を調べた。試料は代表的な常磁性塩であるクロムカリ明礬の微小結晶片(質量約0.3μg)とし、これをSQUID素子の直上に置き、19年度に作製したベクトル型超伝導マグネットを用い、SQUID面にほぼ水平方向で印加磁場を-3000〜+3000Gの間で掃引した。このときSQUID電圧の周期を解析し、こらから試料の微分帯磁率および磁化曲線を求めたところ、常磁性スビン系の磁化曲線とよい一致が見られた。さらに-5〜+5Gの微小磁場範囲で磁場を掃引することで帯磁率の温度変化を測ることができた。このように、希釈冷凍温度域において微小トンネル接合小型SQUIDが数千Gの磁場まで有効な磁気センサーとして働くことを確認し、これを用いて0.1μgオーダーの極微小試料の磁化測定が可能であることを実証した。今後実用レベルの計測装置とするには、外来磁気信号の低減、絶対値の評価方法の確立、高磁場でのフラックスジャンブの低減、測定可能磁場・温度領域の拡大などの検討が必要である。このうち、磁場・温度領域の拡大をめざし、AIではなくNbによる微小トンネル接合型SQUIDの作製についても一部研究をすすめた。