高温超伝導80K相Bi系単結晶基板を用いたSーNーS構造デバイスの作製とその評価

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80K相BiーSrーCaーCuーO(Bi系)バルク単結晶の清浄表面上に金属あるいは絶縁物をエピタキシャル成長させる。その上に、超伝導体をエピタキシャル成長させることによって、超伝導体S_1(酸化物高温超伝導バルク単結晶)ー金属N(Ag,Auなど),絶縁体I(Y_2O_3,Bi_2O_3など)ー超伝導体S_2(Pb,Nb、最終的には酸化物超伝導薄膜)構造を持つ超伝導エレクトロニクスデバイスを作製する。本研究は、デバイスの作製と各々のエピタキシャルさせた表面を種々の表面分析法により評価することを目的としている。主な研究成果を箇条書にする。(1)大型でしかも高品質な80K相Bi系バルク単結晶の作製条件を明らかにした。Bi:Pb:Sr:Ca:Cu=1.7:0.3:1:1:2の原材料組成を用いて、940℃の溶融温度と830℃の炉冷開始温度で作製することにより、7K相とのインタ-グロ-スの極めて少ない大型の単結晶(板状で5×5mm^2の大きさ)を作製することができた。(2)表面が平坦なBi系超伝導薄膜の作製条件を明らかにした。rfマグネトロンスパッタ法により、混合粉末タ-ゲットを用いて基板温度400℃で堆積し、大気中でポストアニ-ルを行うことによって表面が非常に平坦で80K単相の薄膜を得ることができた。(3)80K相Bi系バルク単結晶の清浄表面が大気中劈開し真空中での加熱、あるいは真空中劈開により得られることを明らかにした。(4)平坦なBi系超伝導薄膜の表面は、不純物層で覆われていることを明らかにした。(5)80K相Bi系バルク単結晶表面上にAgが島状エピタキシャル成長している。(6)SiやNbは、バルク単結晶表面上に島状成長している。(7)SーIーSやSーNーS構造を持つ超伝導デバイスを作製するためには、Bi系バルク単結晶表面上に層状成長する金属や絶縁体を開発する必要がある。