酸化物高温超伝導体固有の超格子構造から発現する電子現象の解明と機能化に関する研究

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本研究は、銅酸化物系高温超伝導体の超伝導発現を担う金属的CuO_2層とこれを分離する非金属的ブロック層の交互の積層による自然超格子構造とこれに基づく異方的電気磁気的特性に着目し、これに起因する高温超伝導体固有の新しい電子現象の探索・究明と、その機能化(デバイスへの応用)を図ることが目的である。本年度は、(Bi,pb)_2Sr_2CaCu_2O_y結晶(T_c〜80K)固有のジョセフソン接合的振舞を明確にすると共に、そのデバイス化への道を拓くべく、種々のPb組成の結晶を成長し、その結晶構造を調べ、c軸方向のジョセフソン接合特性についてマイクロ波応答特性を測定し検討を行った。得られた結果は以下のようにまとめられる。1.(Bi_<1-x>Pb_x)_2Sr_2CaCu_2O_y(0≦x≦0.5)単結晶を溶融法により成長し、x=0のとき、最大約15×12×0.6mm^3の結晶を成長することに成功した。結晶のサイズはPb仕込量の増加とともに減少した。Bi_2Sr_2CaCu_2O_yのもつ変調構造は0≦x<〜0.3の結晶において保持され、〜0.3≦xの結晶では消失した。2.同結晶のc軸方向の電流-電圧特性は、xの如何にかかわらず分枝を伴うヒステリシス特性を示し、いずれの結晶もc軸方向に多数のジョセフソントンネル接合が直列構成されていることを確認した。3.Bi_2Sr_2CaCu_2O_y結晶に8-10GHzのマイクロ波を照射し,その応答を調べた。マイクロ波電力が比較的低いとき、電流-電圧特性上に交流ジョセフソン効果による定電圧ステップが誘起され、結晶中の約100個のジョセフソン接合に位相ロックが生じた。一方、マイクロ波電力が比較的大きいとき、結晶ジョセフソン接合内に磁束量子が導入され、その運動と電磁波とによる同期現象が発生することを見出した。