高温超伝導対薄膜界面の研究

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単結晶MgO基板上と単結晶SrTiO_3基板上に、MOCVD法によりYBCOを成膜し、ブリッジ型デバイスを作製したところ、MgO基板を用いた場合のみ再現性良く明瞭なジョセフソン効果が観測された。この結果を解明するため、それぞれの基板上のYBCO膜についてTEM観察とX線回折を行ったところ、いずれも結晶粒径が約1μmの(001)配向多結晶膜であった。SrTiO_3基板上のYBCOは僅かなC軸の振れ以外は結晶粒間のミスオリエンテ-ションの無い粒界を形成しているのに対し、MgO基板上のYBCOはC軸の振れに加えて多様な角度の面内ロ-テ-ションを持つ傾角粒界を形成していること、そしてこれらの粒界部には新たな粒界相は形成していないことが観察された。粒界は、45度ロ-テ-ションの大傾角粒界や、θ〜5度ロ-テ-ションの小傾角粒界からなっている。MgO基板上のYBCO膜の場合、上記の面内のロ-テ-ションを持つ傾角粒界がジョセフソン接合部となっている可能性が考えられた。傾角粒界の効果の調査、更には人工的な傾角粒界接合の作製を目的として、バイクリスタルのSrTiO_3基板を作製し、MOCVD法によりYBCO膜を成膜し、ブリッジ型デバイスの特性評価を行った。バイクリスタルSrTiO_3は、2個の単結晶SrTiO_3を加圧力1kg/mm^2,1400℃×1hの条件で真空ホットプレスを行って接合し作製した。傾角20°のSrTiO_3基板上のYBCO膜についてのX線φスキャンの結果、YBCO膜もバイクリスタル基板方位に関係して、20°の面内ロ-テ-ションを持っており、基板接合部で20°傾角粒界が形成されていることをTEM観察より確かめた。レ-ザ-エッチングによりこのYBCO膜に5μm^WX10μm^1のブリッジを作製し、69KでXバンドマイクロ波を照射した時のIーV特性を測定した所、4次までの電磁波誘起ステップが観察され、バイクリスタル基板上に人工コヒ-レント粒界接合が形成されたことを確認した。