酸化物超伝導体を用いた電荷量子三端素子の研究

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rf-2極スパッタ法によってBi系高温超伝導体薄膜を作製し、その基礎特性を調べた。膜厚の異なる試料の抵抗の温度依存性は、その面抵抗の値によって2つに分類されることを見いだした。面抵抗の値が臨界値(理論的にはRc〓6.45KΩ)よりも小さい試料では低温で超伝導転移を示すが、臨界値よりも大きい場合には急激な抵抗の上昇を示す。これらの両者の薄膜に関して電気的特性を調べた結果、前者の超伝導転移を示す膜に於いては、金属超伝導体の超薄膜で観測される様に熱的に励起されたボルテックスの対破壊によるKosterlitz-Thouless(K-T)転移が観測された。これは微粒子の2次元配列を反映したものであり、微粒子間の接合はJosephson接合になっているものと考えられる。これに対し、後者の超伝導転移を示さない薄膜に於いては、前者とは電気的に全く双対な関係にある特性が観測されている。これはボルテックスに関するK-T転移とは双対な電荷ソリトンの対-破壊に関するK-T転移が観測されており、この場合には2次元配列した微粒子間の接合は、Josephson接合とは双対な関係にある位相量子トンネル(PQT)接合となっているものと考えられる。Josephson接合のアレイであるSQUIDに磁界を印加した場合には、各々の接合間の臨界電流の変化のためにSQUID端子間の電圧が磁界に対して周期的な変化をするが、これと双対な作用として、PQT接合のアレイに電界を印加するとアレイ端子間電流が周期的な変化を示すことが予想される。この電界量子効果を利用するため、PQT接合のアレイとなっていると考えられる薄膜をチャネル部に用いたFET構造を持つ三端子を試作しその特性を調べた。現段階では微粒子間の粒界が不明瞭であることや、微粒子径のばらつきのために期待する応答を得るに至っていない。しかし、今後これらのパラメ-タを調整することにより新しい量子効果である電荷電子効果を用いた電子デバイスを作製していく計画である。