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。

氧化物高温超导体中的电场效应具有低载流子密度和短相干长度的特点，不仅从开发由电场效应控制电荷传输的器件角度来看是有前景的，而且对于开发作为一种表征手段，人们正在积极研究高温超导材料。另一方面，高温氧化物超导体中的倾斜晶界起到弱结的作用，因此被广泛用作使用c轴取向薄膜（例如YBCA）实现约瑟夫森结的手段。此外，由于人工晶界结预计比单晶薄膜具有更高的电场敏感性，因此在本研究中我们研究了 YBCA 人工晶界约瑟夫森结中的电场效应。利用沉积在双晶STO基板上的600 Å厚的YBCA薄膜制作了结宽约为30 μm的人工晶界约瑟夫森结晶界结，并在STO基板的背面设置了栅电极以增加结宽。栅极电场（我们研究了施加大约 20kV/cm 的最大电压时键合特性的变化）。结的临界电流I_c随着负栅极电压的增加而增加，并且当施加正栅极电压时减少。这一趋势与栅极电场带来的晶界处载流子密度的调制（DELTAn/n～百分之几）是一致的。此外，在晶界结的电流-电压特性中观察到所谓的自谐振阶跃（费斯克阶跃），其中交流约瑟夫森效应辐射的电磁波在晶界结处谐振，可以将其视为共面槽此外，我们发现谐振频率根据栅极电场而显着变化。这意味着晶界结的介电特性会根据栅极电场而发生显着变化，这有望应用于可调谐约瑟夫森振荡器。