極低温ブレークジャンクションによる熱および電子の輸送現象量子化の観測

ブレークジャンクションは、基板を機械的に変形させることによって基板上に設置した金属細線を破断するとともに、破断された細線間の距離をナノスケール以下の精度でコントロールする実験方法で、量子ポイントコンタクトやナノワイヤーなどの微小接合における電気伝導度の研究に用いられている。本研究では、試料サイズをバルクからナノサイズまで精密に制御できるブレークジャンクションを用いて、単原子接合における電気伝導度と熱伝導度の量子化の同時観測による原子の電子軌道と熱伝達の関係を解明や、接合部の精密温度制御による超伝導ナノ接合における熱および電気の伝導現象の探索を通して、金属単原子鎖や超伝導ナノ接合の低温量子伝導現象の新たな知見を深めることを目的とする。今年度は、ジャンクションの熱伝導測定のための両端の温度制御を行うため、チップ型抵抗器を用いた微小な温度計及びヒーターを整備し、それと同時に4端子測定用に多くのリード線が必要となるため、リード線からの熱流入なども考慮しながら冷凍機の改造を行った。またこれらと並行して、冷却・昇温や試料となる金属細線の取替えが短時間で可能となる工夫を施した活性吸着ポンプ式ヘリウム冷凍機の開発に取りかかった。温度制御を行う際に、冷凍機の温度計と合わせて多数の温度測定が必要となるため、測定プログラムの改修も進んでおり、温度制御したナノジャンクションの低温量子伝導現象の探索の準備が整いつつある。

ブレークジャンクションは、基板を機械的に変形させることによって基板上に設置した金属細線を破断するとともに、破断された細線間の距離をナノスケール以下の精度でコントロールする実験方法で、量子ポイントコンタクトやナノワイヤーなどの微小接合における電気伝導度の研究に用いられている。本研究では、試料サイズをバルクからナノサイズまで精密に制御できるブレークジャンクションを用いて、単原子接合における電気伝導度と熱伝導度の量子化の同時観測による原子の電子軌道と熱伝達の関係を解明や、接合部の精密温度制御による超伝導ナノ接合における熱および電気の伝導現象の探索を通して、金属単原子鎖や超伝導ナノ接合の低温量子伝導現象の新たな知見を深めることを目的とする。今年度は、ジャンクションの熱伝導測定のための両端の温度制御を行うため、チップ型抵抗器を用いた微小な温度計及びヒーターを整備し、それと同時に4端子測定用に多くのリード線が必要となるため、リード線からの熱流入なども考慮しながら冷凍機の改造を行った。またこれらと並行して、冷却・昇温や試料となる金属細線の取替えが短時間で可能となる工夫を施した活性吸着ポンプ式ヘリウム冷凍機の開発に取りかかった。温度制御を行う際に、冷凍機の温度計と合わせて多数の温度測定が必要となるため、測定プログラムの改修も進んでおり、温度制御したナノジャンクションの低温量子伝導現象の探索の準備が整いつつある。