Development of superconducting sensing technology using the tip of a sharp glass tube

利用锋利玻璃管尖端开发超导传感技术

• 批准号: 21K04819
• 负责人: 小久保 伸人
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04819/
• 关键词: 超伝導量子干渉計; 針状石英ガラス細管; ナノセンシング; 超伝導素子; プローブ顕微鏡; ナノピペット; 低温物性

鋭利な石英ガラス管先端に大気中で劣化しにくい超伝導窒化膜を成膜するナノサイズのSQUIDの開発を進めている。これまで作製した先端型ナノSQUIDの輸送特性を調べることにより，素子が動作する温度・磁場範囲及び磁束感度の評価を行ってきた。磁気イメージングに役立つ磁気探針として機能するかどうかが次のステップとなるが，市販の走査型プローブ顕微鏡に開発中の先端型ナノSQUIDをそのまま探針として実装することは簡単ではない。このため当該年度は先端型ナノSQUIDを探針として装着できる液体ヘリウム温度で動作可能な走査型プローブ顕微鏡の構築を試みた。試作した顕微鏡本体の構成は次の通りである。まず先端型ナノSQUIDの探針を機械的にしっかりと保持しながらその電気的特性を検出するセンサ部を作製し，これに試料を３方向（XYZ方向）に可動するピエゾ駆動ステージと突き合わせた。探針先端と試料表面の距離は，探針に突きあてた音叉型水晶振動子の共振特性（スロープ検出法）を利用して捉え，試料側のピエゾ駆動ステージにフィードバックして制御した。顕微鏡本体は断熱真空管と最大磁場２テスラの超伝導ミニ磁石内におさめ，除震された液体ヘリウム容器内に挿入した。走査機構の基本的な動作確認として，ミアンダー構造を持つサブミクロン幅の金属細線の試料を用意し，素子先端を近づけて試料表面の凹凸像を室温及び低温で取得することができた。液体ヘリウム温度での磁気イメージングは次年度以降の課題となった。

我们正在开发纳米级的 SQUID，它可以在锋利的石英玻璃管的尖端沉积一层超导氮化物薄膜，该玻璃管在大气中不会变质。通过检查我们制造的先进纳米 SQUID 的传输特性，我们评估了设备运行的温度和磁场范围及其磁通量灵敏度。下一步是确定它是否可以用作磁成像中有用的磁探针，但将目前正在开发的尖端形状的nanoSQUID直接用作商用扫描探针显微镜的探针并不容易。因此，在本财年，我们尝试构建一种扫描探针显微镜，可以在液氦温度下操作，并可以配备纳米 SQUID 尖端作为探针。原型显微镜主体的结构如下。首先，我们创建了一个传感器单元，该单元以机械方式牢固地固定纳米 SQUID 尖端并检测其电气特性，然后将样品与可沿三个方向（X、Y 和 Z 方向）移动的压电驱动台进行匹配）。探针尖端与样品表面之间的距离通过放置在探针上的音叉形晶体振荡器的共振特性（斜率检测方法）来确定，并通过样品上压电驱动台的反馈进行控制边。显微镜主体放置在绝缘真空管和最大磁场为2特斯拉的超导微型磁体内，并插入隔振的液氦容器中。为了确认扫描机构的基本操作，我们准备了具有蜿蜒结构的亚微米宽度细金属线样品，通过将元件的尖端靠近它，我们能够获得表面不规则性的图像室温和低温。液氦温度下的磁成像成为明年及以后的主题。

项目成果

針状石英管先端にスパッタ成膜されたNbTi超伝導ナノブリッジの輸送特性

溅射沉积在针状石英管尖端的 NbTi 超导纳米桥的输运特性

• 发表时间: 2021
• 作者: 小川景大;宮下朋之慎;酒井直人;マンカケイ;小久保伸人
• 通讯作者: 小久保伸人

針状ガラスの先端を用いたNV中心ダイヤモンド磁気センサの作製

使用针状玻璃尖制作NV中心金刚石磁传感器

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Oku;I. Ono;S. Uchiya;A. Suzuki;M. Okita;S. Fukunishi;T. Tachikawa;T. Hasegawa;マンカケイ，小久保伸人
• 通讯作者: マンカケイ，小久保伸人

針状ガラス管先端を利用した超伝導センサの開発：超伝導熱・磁気顕微鏡を目指して

使用针状玻璃管尖端开发超导传感器：迈向超导热/磁显微镜

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Nonomura;T. Oku;I. Ono;A. Suzuki;M. Okita;S. Fukunishi;T. Tachikawa;T. Hasegawa;小野颯斗・森麟太郎・佐野正人;小久保伸人
• 通讯作者: 小久保伸人

ガラス針先端のナノSQUIDを探針とした走査型熱・磁気顕微鏡の開発

使用玻璃针尖端的纳米 SQUID 作为探针开发扫描热/磁显微镜

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Okumura;T. Oku;A. Suzuki;M. Okita;S. Fukunishi;T. Tachikawa;T. Hasegawa;磯部陽州，上原諒，小久保伸人，島田宏
• 通讯作者: 磯部陽州，上原諒，小久保伸人，島田宏

石英ナノピペット先端に成膜した窒化ニオブチタン薄膜の輸送特性

石英纳米移液管尖端沉积的铌钛氮化物薄膜的传输特性

• 发表时间: 2021
• 作者: 酒井 直人;小川景大;マンカケイ;宮下朋之慎;小久保伸人
• 通讯作者: 小久保伸人