高温超伝導体薄膜・絶縁物界面の研究

MOCVD法を用いて作成されたY_1BA_2Cu_3O_<7-x>(YBCO)薄膜は、77kにおける高い電流密度(Jc)と良好な高磁界における超伝導特性を示す。我々はMgO基板上に作成されたYBCO薄膜を用いて、実効長さ、幅が約1μm、厚さ0.2〜1μmのマイクロブリッジを作成した。作成したSEM像では結晶粒界は観測できない。電流密度Jcが10^4〜10^5A/cm^2を示すブリッジは77kにおいて、11.1GHzのマイクロ波照射によって明瞭な交流ジョセフソン効果を示す。101GHz照射によるシャピロステップの電流ステップ高さはマイクロ波電力に対してRSJモデルに従い変化した。従って、ブリッジにはIJ=Iosinφの関係を持つジョセフソン接合が1個存在するものと考えられる。更に、2つのブリッジ約20μmのホ-ル径からなるDC-SQUIDを作成した。このSQUIDの磁界特性を測定した結果、4.2kにおいてDC-SQUID出力は200μVに達した。このSQUIDは70kまで動作した。Icの磁界による変化と、ホ-ル径から算出したインダクタンスLとジョセフソン電流I。から計算されるIcの変化は良い一致を示した。これらACジョセフソン効果及びDC-SQUIDの実験はブリッジの中に1個のジョセフソン接合が存在することを示唆している。そこで、MgO薄膜基板上にYBCO薄膜を作成し、面内のTEM観察を行ったところ、極めて薄い結晶粒界が存在することが判明した。薄膜の結晶粒は0.5〜1.0μm程で、ブリッジの幅、長さと同程である。この結晶粒界は小傾角粒界と呼ばれ、ab面及びc軸の角度が2つの結晶の間で数度ずれていることがわかった。この小傾角粒界の高分解能格子像では、約10Åずつ離れて格子欠陥が存在している。このような格子欠陥列がジョセフソン障壁を構成するものと考えられる。今年度の結論として、2つの単結晶粒の間の粒界面の角度を制御することによって理想的ふるまいを示すジョセフソン接合が作成できる可能性がある。

MOCVD法を用いて作成されたY_1BA_2Cu_3O_<7-x>(YBCO)薄膜は、77kにおける高い電流密度(Jc)と良好な高磁界における超伝導特性を示す。我々はMgO基板上に作成されたYBCO薄膜を用いて、実効長さ、幅が約1μm、厚さ0.2〜1μmのマイクロブリッジを作成した。作成したSEM像では結晶粒界は観測できない。電流密度Jcが10^4〜10^5A/cm^2を示すブリッジは77kにおいて、11.1GHzのマイクロ波照射によって明瞭な交流ジョセフソン効果を示す。101GHz照射によるシャピロステップの電流ステップ高さはマイクロ波電力に対してRSJモデルに従い変化した。従って、ブリッジにはIJ=Iosinφの関係を持つジョセフソン接合が1個存在するものと考えられる。更に、2つのブリッジ約20μmのホ-ル径からなるDC-SQUIDを作成した。このSQUIDの磁界特性を測定した結果、4.2kにおいてDC-SQUID出力は200μVに達した。このSQUIDは70kまで動作した。Icの磁界による変化と、ホ-ル径から算出したインダクタンスLとジョセフソン電流I。から計算されるIcの変化は良い一致を示した。これらACジョセフソン効果及びDC-SQUIDの実験はブリッジの中に1個のジョセフソン接合が存在することを示唆している。そこで、MgO薄膜基板上にYBCO薄膜を作成し、面内のTEM観察を行ったところ、極めて薄い結晶粒界が存在することが判明した。薄膜の結晶粒は0.5〜1.0μm程で、ブリッジの幅、長さと同程である。この結晶粒界は小傾角粒界と呼ばれ、ab面及びc軸の角度が2つの結晶の間で数度ずれていることがわかった。この小傾角粒界の高分解能格子像では、約10Åずつ離れて格子欠陥が存在している。このような格子欠陥列がジョセフソン障壁を構成するものと考えられる。今年度の結論として、2つの単結晶粒の間の粒界面の角度を制御することによって理想的ふるまいを示すジョセフソン接合が作成できる可能性がある。