高温超伝導薄膜の準粒子注入効果と電子素子への応用研究

トンネル接合を介して電子を高温超伝導薄膜に多量注入する準粒子注入効果の研究を行った。トンネル接合は、電子ビーム反応性蒸着法によりYBa_2Cu_3O_<7-x>薄膜またNdBa_2Cu_3O_<7-x>薄膜を30-60nmほど堆積し、これをフォトリソグラフィおよびエッチング技術により80μm線幅に加工し、この上に1-2nm程度のMgOバリアさらに対抗電極となるAuあるいはCuの薄膜を堆積することで形成された。実験は、AuあるいはCuのストリップ線幅を20-200μmの間で変えて行った。電子素子への応用には、注入電流の絶対値を小さくすることが望ましいが、これは線幅を細くし接合面積を小さくすることで実現できることがわかった。超伝導臨界電流はYBa_2Cu_3O_<7-x>薄膜、NdBa_2Cu_3O_<7-x>薄膜どちらの場合に対しても、トンネル電流を増加するとともに非線形的に減衰し、実際高温超伝導体でも準粒子注入効果があることが明らかであった。また臨界トンネル電流値でゼロになることがわかった。これから準粒子注入現象は、電流利得として少なくとも1.5程度が得られることがわかり、電子素子への応用が有望であることが判明した。高温超伝導体の二次元構造の影響を見るために15nm程度の薄膜でも実験を行ったが、同様な注入効果のほか、興味ある現象も観測された。準粒子の寿命については、注入パワーと薄膜臨界電流の低下の関係から有効準粒子寿命が評価されるが、データからこれが大体4-6nsec程度になることがわかった。

トンネル接合を介して電子を高温超伝導薄膜に多量注入する準粒子注入効果の研究を行った。トンネル接合は、電子ビーム反応性蒸着法によりYBa_2Cu_3O_<7-x>薄膜またNdBa_2Cu_3O_<7-x>薄膜を30-60nmほど堆積し、これをフォトリソグラフィおよびエッチング技術により80μm線幅に加工し、この上に1-2nm程度のMgOバリアさらに対抗電極となるAuあるいはCuの薄膜を堆積することで形成された。実験は、AuあるいはCuのストリップ線幅を20-200μmの間で変えて行った。電子素子への応用には、注入電流の絶対値を小さくすることが望ましいが、これは線幅を細くし接合面積を小さくすることで実現できることがわかった。超伝導臨界電流はYBa_2Cu_3O_<7-x>薄膜、NdBa_2Cu_3O_<7-x>薄膜どちらの場合に対しても、トンネル電流を増加するとともに非線形的に減衰し、実際高温超伝導体でも準粒子注入効果があることが明らかであった。また臨界トンネル電流値でゼロになることがわかった。これから準粒子注入現象は、電流利得として少なくとも1.5程度が得られることがわかり、電子素子への応用が有望であることが判明した。高温超伝導体の二次元構造の影響を見るために15nm程度の薄膜でも実験を行ったが、同様な注入効果のほか、興味ある現象も観測された。準粒子の寿命については、注入パワーと薄膜臨界電流の低下の関係から有効準粒子寿命が評価されるが、データからこれが大体4-6nsec程度になることがわかった。