高温超伝導Bi系バルク単結晶を用いたSーNーS及びSーIーS構造デバイスの作製

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高品質80K相BiーSrーCaーCuーO(Bi系)バルク単結晶を自己フラックス法により作製し、これらの単結晶を用いて、S_1(Bi系バルク単結晶)ーN(金属)ーS_2(金属超伝導)及びS_1ーI(絶縁体)ーS_2構造の超伝導デバイスを作成した。本研究は、Bi系超伝導体の作製、超伝導デバイスの作製、Bi系バルク単結晶と金属あるいは半導体の界面の研究に分けられる。各項目についての成果を列挙する。Bi系超伝導体の作製では、(1)80K相バルク単結晶の最適な温度成長プロセス、(2)蓋付きの坩堝を使用して作製する場合の最適な原材料組成及び蓋付きの坩堝を使用した場合の結果との違い、(3)Bi系セラミックスの作製時のプレス圧が試料の超伝導性に及ぼす効果を明らかにした。超伝導デバイスの作製では、(1)Bi系バルク単結晶の清浄化した表面では、薄く(〜20Å)しかも均一なY_2O_3やBi_2O_3絶縁層が堆積できること、(2)S_1ーIーS_2構造の絶縁体としてY_2O_3(人工障壁)及び自然障壁(大気中劈開後放置した表面)は有効であること、(3)人工障壁はガス吸着が原因であり、これは真空中で加熱することに取り除かれることがわかった。Bi系バルク単結晶と金属あるいは半導体の界面研究では、以下のことが明らかになった。(1)バルク単結晶表面のAgの堆積では室温で多結晶成長し、300℃で島状単結晶成長する。(2)Auの堆積では室温でアモルファス、300℃で多結晶成長する。(3)Geの堆積では室温でBiとGeの混合層が形成される。