酸化物超伝導体積層薄膜のジョセフソン接合間共鳴現象の研究

C軸方向にS-I-S-と積層されたジョセフソン接合間の共鳴効果を利用する超伝導判デバイスを実現することを目的としている。高Tc酸化物超伝導体は、超伝導電流が流れるCuO面(層)と絶縁体または半導体のブロック層とが、C軸方向に交互に積層された構造をもっている。C軸方向のコヒーレント長は1Å程度と極めて短いので、欠陥のない単結晶試料が得られゝば、C軸方向に超伝導体層とジョセフソン接合が積層された電子構造になっている筈である。しかし、実際にはこのような理想的結晶構造は実現せず、部分的にCuO層間が短絡された構造になり、Tc以下の温度でCuO層間が弱結合的に結合された特性を示す。そこで、理想的な積層構造を薄膜により人工的に形成するための基礎的技術として、CuO層のみからなる無限レイヤ(SrxCa_<-1-x>CuOr)の薄膜をSrTiO_3(001)面の基板上にエピ成長させる研究を行った。通常のセラミック技術ではX=0.14に近い組成のものしか実現しないが、薄膜では任意の組成の無限レイヤ薄膜を作成できることが判明した。RFスパッタ法により、スパッタ用ガスにはAr:O_2=1:1の混合ガスを用い、全ガス圧を10paとした。基板温度は結晶成長を充分に保つため570〜590℃とした。550℃以上になるとO_2の供給が充分でなければCuOの欠損が大きくなるので、装置で許容される最大値10paにした。600℃以上の高温ではA_2CuO_4の形の化合物が成長した。RFパワーが100W以上ではCu^<+2>,Sr^<2+>イオンが再スパッタされ、ターゲット組成から大きくずれてしまうので、RFパワーは100W以下とした。以上の研究結果によりX>0.2の組成の無限レイヤをエピ成長できることが判明した。今後は超伝導デバイス実現のための積層構造の作成の研究を進める。

C軸方向にS-I-S-と積層されたジョセフソン接合間の共鳴効果を利用する超伝導判デバイスを実現することを目的としている。高Tc酸化物超伝導体は、超伝導電流が流れるCuO面(層)と絶縁体または半導体のブロック層とが、C軸方向に交互に積層された構造をもっている。C軸方向のコヒーレント長は1Å程度と極めて短いので、欠陥のない単結晶試料が得られゝば、C軸方向に超伝導体層とジョセフソン接合が積層された電子構造になっている筈である。しかし、実際にはこのような理想的結晶構造は実現せず、部分的にCuO層間が短絡された構造になり、Tc以下の温度でCuO層間が弱結合的に結合された特性を示す。そこで、理想的な積層構造を薄膜により人工的に形成するための基礎的技術として、CuO層のみからなる無限レイヤ(SrxCa_<-1-x>CuOr)の薄膜をSrTiO_3(001)面の基板上にエピ成長させる研究を行った。通常のセラミック技術ではX=0.14に近い組成のものしか実現しないが、薄膜では任意の組成の無限レイヤ薄膜を作成できることが判明した。RFスパッタ法により、スパッタ用ガスにはAr:O_2=1:1の混合ガスを用い、全ガス圧を10paとした。基板温度は結晶成長を充分に保つため570〜590℃とした。550℃以上になるとO_2の供給が充分でなければCuOの欠損が大きくなるので、装置で許容される最大値10paにした。600℃以上の高温ではA_2CuO_4の形の化合物が成長した。RFパワーが100W以上ではCu^<+2>,Sr^<2+>イオンが再スパッタされ、ターゲット組成から大きくずれてしまうので、RFパワーは100W以下とした。以上の研究結果によりX>0.2の組成の無限レイヤをエピ成長できることが判明した。今後は超伝導デバイス実現のための積層構造の作成の研究を進める。