高品質粒界接合を用いた広帯域ミリ波検出器の作製とその特性評価

采用优质晶界结的宽带毫米波探测器的制作及其特性评估

• 批准号: 17760264
• 负责人: ユン キョンソン
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760264/
• 关键词: 高温超伝導広帯域ミリ波検出器; Tri-Phase-Epitaxy法; NdBa_2Cu_3O_<7-y>(NBCO)薄膜; 粒界接合; 平面型対数周期アンテナ; 強磁場中での高周波応答; NdBa_2Cu_3O_<7-y> (NBCO)薄膜

研究代表者らはこれまで、方位の異なるMgO単結晶を接合したバイクリスタル基板上にTri-Phase-Epitaxy法(TPE法)と呼ばれる単結晶薄膜成長技術によりNdBa_2Cu_3O_<7-y>(NBCO)薄膜を成長させることにより、基板の接合部に高品質な粒界接合の作製に成功してきた。従来は少ない試料による予備的な結果のみであったが、本研究により、系統的で再現性の高い試料の作製技術を確立及び詳細な特性評価を行うことが出来た。本研究では、検出器用のアンテナとして準光学系との結合が優れた超広帯域性(45GHz-4.5THz)の平面型対数周期アンテナを採用した。粒界接合とこのアンテナを組み合わせた広帯域ミリ波検出器を作製し、数GHzから340GHz帯の発振器からの電磁波を照射して評価したところ、非常に明確なシャピロ・ステップが2THzに相当する電圧領域まで再現性よく観察された。さらに、強磁場中での粒界接合のマイクロ波に対する応答特性等を調べたところ、高品質NBCO薄膜からのジョセフソン磁束フローによる高周波発振を直接検出する可能性も見いだすという、予想外の新たな成果が得られた。このための独自のプローブを試作し、マイクロ波に対する応答をはじめとする高温超伝導広帯域ミリ波検出器の低温物性を、微少電流観察装置を使用して系統的に評価する基盤技術も大きく進展した。さらに、走査SQUID顕微鏡を用い、粒界接合における磁束量子の直接観察を行うことにより、接合部分での低磁場における磁束量子の挙動を明らかにした。

研究人员通过在自行车晶体底物上生长NDBA_2CU_3O_ <7-Y-Y>（NBCO）薄膜，在基质的粘结部分成功地生产了高质量的晶界连接。以前，初步结果只有很少的样本可用，但是这项研究使得能够建立一种系统的且高度可重现的样本制备技术和详细的表征评估。在这项研究中，我们使用了具有超宽带（45GHz-4.5THz）的平面对数周期性天线，该天线在与准光系统耦合方面非常出色，作为检测器的天线。制造了一个宽带毫米波检测器，将晶界连接与该天线结合在一起，并通过将来自几个GHz中振荡器到340 GHz带的振荡器的照射电磁波进行评估，并且在良好的可重复性中观察到非常清晰的Shapiro步骤，以相等到2 thz的电压范围。此外，当我们研究了强磁场中的微波晶界连接对微波的响应特征时，我们发现它可以直接检测到高质量NBCO薄膜中的Josephson磁通量流动引起的高频振荡，从而导致出乎意料的新结果。用于此目的的独特探针的原型也使基本技术在系统地评估高温超导宽带毫米波检测器的低温物理特性（包括对微波的响应）的基本技术方面有了重大进步。此外，通过使用扫描鱿鱼显微镜在晶界连接处直接观察磁通量量子，在连接处的低磁场中阐明了连接中磁通量量子的行为。