YBCO薄膜人工粒界の電界効果を利用した超伝導三端子デバイス

利用YBCO薄膜人工晶界电场效应的超导三端器件

基本信息

批准号：
05750304
负责人：
中島健介
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750304/
关键词：
高温超伝導 YBCO 電界効果人工粒界バイクリスタル三端子デバイス

项目摘要

低いキャリア密度と短いコヒーレンス長に特徴付けられる酸化物高温超伝導体における電界効果は、電荷輸送を電界効果によって制御するタイプのデバイス開発といった観点から有望視されるだけでなく、高温超伝導材料のキャラクタリゼーションの手段として精力的に研究されている。一方、酸化物高温超伝導体の傾角粒界は、弱接合として機能することからYBCAなどのc軸配向薄膜を用いてジョセフソン接合を実現する手段として広く用いられている。また、人工粒界接合には単結晶薄膜に比べて大きな電界感受性が期待できることから、本研究ではYBCA人工粒界ジョセフソン接合における電界効果に関する調査研究を行った。バイクリスタルSTO基板上に成膜した膜厚600ÅのYBCA薄膜を用いて接合の幅約30mumの人工粒界ジョセフソン接合粒界接合を作製し、STO基板の裏面にゲート電極を設けてゲート電界(最大約20kV/cm)を印加したときの接合特性の変化を調べた。接合の臨界電流I_cは負極性のゲート電圧によって上昇し、正極性のゲート電圧を印加したときには低下した。この傾向は、ゲート電界によってもたらされる粒界のキャリア密度の変調(DELTAn/n〜数%)と矛盾しない。また、粒界接合の電流電圧特性にはcoplanar slot型の共振器と見なすことのできる粒界接合に交流ジョセフソン効果によって輻射された電磁波が共振するいわゆる自己共振ステップ(Fiske Steps)が観測され、しかもその共振周波数がゲート電界によって大幅に変化することを見出した。これはゲート電界によって粒界接合の誘電的性質が大きく変化することを意味しており、Tunable Josephson Oscilator等への応用が期待される。

高温氧化物超导体的田间效应，其特征是载体密度低和短相干长度，不仅在控制电荷通过现场效应的设备开发方面具有希望，而且还被积极地研究为表征高温超导材料的一种手段。另一方面，高温氧化物超导体的倾斜角晶界充当弱连接处，被广泛用作使用诸如YBCA等面向C轴的薄膜实现Josephson连接的手段。此外，由于人造晶界连接的电场灵敏度比单晶薄膜具有更大的电场灵敏度，因此该研究对YBCA人工晶界约瑟夫森连接的现场效应进行了研究。晶界使用在自行车晶体STO底物上形成的600Å厚膜的YBCA薄膜制造约30 MMUM的Josephson结，并且在检查了在STO底物的背面表面上提供栅极电极时的连接特性的变化。连接的临界电流I_C通过负门电压增加，当应用正门电压时降低。这种趋势与栅极电场带来的晶界载体密度的调节（deltan/n至几％）是一致的。此外，发现晶所边界连接的电流特性包括所谓的自共振步骤（Fiske步骤），其中AC Josephson效应在晶粒边界连接中辐射的电磁波在晶界交界处产生了共鸣，可以将其视为Coplanar Slot-Slot-Slot-slot slot slot-type-type seonator恢复器，以及该登机的范围范围的均值范围的均值范围均匀的均值。这意味着晶界连接的介电性能由于栅极电场而发生了巨大变化，并且预计将应用于可调的Josephson振荡器等。