微小トンネル接合における位相コヒーレンスと単一電子帯電効果に関する実験的研究

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本研究は、微小トンネル接合を含む系の電気伝導を、単一電子帯電効果と電子の位相コヒーレンスに重点を置いて実験的に明らかにすることを目的としている。本年度は、主に、中間電極にリング構造のある超伝導単一電子トランジスタを用いて、超伝導体一超伝導体2重微小トンネル接合系における単一電子帯効果と超伝導の位相コヒーレンスに関する実験を行った。試料作製に我々独自の改良型斜め蒸着法を用いることで、リング上に余分な金属片の付着していない試料の作製に成功した。実験の結果、超伝導エネルギーギャップ(ペアポテンシャル)の変化を通した超伝導リングへの磁束量子の侵入の観測に、はじめて成功した。この方法を用いると、超伝導体への磁束量子侵入の時間分解測定および侵入した磁束量子数の決定、磁場遮蔽電流によるペアポテンシャルの減少の精密測定が可能になる。この方法により、超伝導リングの磁束量子化、磁束侵入のダイナミクスを詳細にわたって研究することが可能になる。現在、磁束侵入のリング面積、線幅、超伝導転移温度への依存性についての実験を進めている。このデバイスでゲート電圧を掃引すると、クーロン振動に重畳して、いままで観測されたことのない長周期振動が観測された。超伝導ペアポテンシャルの磁束量子侵入による飛びの大きさは、この振動の位相によって変調を受ける。現在のところ、これらの現象の起源は明らかになっていないが、リング内の電子の干渉性と密度に関係していると考えられる。今後、上記現象の原因を検討するとともに、超伝導体-常伝導体試料についても実験を進める予定である。