酸化物超伝導材料による高温動作SQUIDシステムに関する研究

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本年度は、YBCO薄膜の作製と、SNS弱結合デバイスの作製を中心に研究を行った。<1.YBCO薄膜>___ー 大型タ-ゲット(10cmφ)をもったマグネトロンスパッタ装置を用いて基板とタ-ゲットを対向させたon axis法でYBCOの成膜を行った。本法のねらいは、大型タ-ゲットの中心部(erosion areaの内側)に基板をタ-ゲットに近接させて置くことによりタ-ゲットから垂直に飛来する高エネルギ-の負イオン衝撃を避け、かつ活性なプラズマ酸素による薄膜の酸化を促進することにある。さらに、膜中のCu量の不足を補うためerosion areaの内側に円盤上のCu板を置き、低ガス圧(20mTorr)でスパッタを行った結果、高成膜速度(500nm/hr)でTc〜75K程度のc軸配向膜が得られるようになった。<2.SNSエッジ接合>___ー コヒ-レンス長の大きなab面内の電流を利用するSNSデバイスとして、斜めエッジを接合面とするYBCO/Au/Nb接合を作製した。まず、YBCO膜のななめエッジを40度の角度のArスパッタエッチングにより形成し、続いてAuの堆積(80nm)をin situで行う。つぎに、YBCO/Au界面状態の回復のためO_2中で350℃の熱処理を30min行ったあと、清浄なN/S界面を確保するため30nmのAuと上部電極のNbをin situで成膜してSNS接合とした。接合の幅が200μmと500μmの2つのデバイスにおいて超伝導電流がNbのTcである約8Kまで観測され、マイクロ波印加によりシャピロステップが見られた。4.2KでのIcRn値は4〜13μVである。以上から、SQUIDの基本素子であるジョセフソン素子の作製が可能となったが、高温動作についての検討がさらに必要である。<3.ファイバ弱結合>___ー アルギン酸のイオン交換法により作製するYBCOファイバにおいて、ファイバ焼成前の前駆体の一部にAlイオンを拡散させて弱結合とする方法を試みたが結果、超伝導電流をもつ vortex flow型のIーV特性が観測された。