Bi系高温超伝導体における固有ジョセフソン接合を用いた単電子トランジスタの開発

利用Bi基高温超导体本征约瑟夫森结开发单电子晶体管

基本信息

批准号：
12750292
负责人：
入江晃亘
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Utsunomiya 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：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,酸化物高温超伝導体Bi_2Sr_2CaCu_2O_y(BSCCO)単結晶に内在するナノスケールジョセフソン超格子における単電子トンネル現象の解明,並びにその制御方法を検討し,同結晶を用いた単電子トランジスタを開発することを目的としており,以下の成果を得た.(1)同単結晶のサブミクロン加工BSCCO単結晶を電子ビームリソグラフィ,並びに集束イオンビームエッチングによりサブミクロンオーダーのメサ素子に再現性よく加工することに成功し,加工技術を確立した.(2)サブミクロ固有ジョセフソン接合アレーの電流-電圧特性の観測上記により作製したメサ素子の電流-電圧特性を4.2K〜180Kにおいて測定した結果,いずれのメサ素子もほぼ同様な電流-電圧特性を示し,固有ジョセフソン接合本来の特性を得ることができた.(3)クーロンブロッケードの観測メサ素子の面積を1μm^2以下にするとクーロンブロッケイド効果の寄与により臨界電流密度が減少することを明らかにした.(4)準粒子トンネル特性の評価メサ素子の電流-電圧特性の測定から,BSCCOのエネルギーギャップは約60meVであり,固有ジョセフソン接合の準粒子トンネル特性は,変形d波超伝導トンネルモデルにより説明できることを明らかにした.以上,本研究で得られた成果は,Bi_2Sr_2CaCu_2O_y単結晶自身を用いた新規な単電子トランジスタ応用への可能性を示すものである.

本研究旨在阐明单晶氧化物高温超导体Bi_2Sr_2CaCu_2O_y（BSCCO）中固有的纳米级约瑟夫森超晶格中的单电子隧道现象，检验其控制方法，并开发使用相同晶体的单电子晶体管。取得以下成果：（1）同一单晶的亚微米加工BSC；我们通过电子束光刻和聚焦离子束蚀刻成功地将CO单晶加工成具有良好再现性的亚微米级台面元件，并建立了加工技术（2）亚微米特异性约瑟夫森结阵列的电流-电压特性观察。 -在4.2K至180K下测量上述制造的台面元件的电压特性。所有台面元件都表现出几乎相似的电流-电压特性，并且我们能够获得本征约瑟夫森结的原始特性（3）当台面元件的面积减小到1μm^2或时库仑阻塞的观察。 (4)准粒子隧道特性的评价台面元件的电流-电压特性的测量。由上可知，BSCCO的能隙约为60 meV，本征约瑟夫森结的准粒子隧道特性可以通过修正的d波超导隧道模型来解释。本研究得到的结果如下。这表明了将Bi_2Sr_2CaCu_2O_y单晶本身应用于新的单电子晶体管应用的可能性。