ナノスケール光相制御技術を用いた高温超伝導体ナノ素子の開発

利用纳米级光学相位控制技术开发高温超导纳米器件

基本信息

批准号：
18760511
负责人：
長田実
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：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、「高温超伝導体で確認している可視光誘起構造変化」に焦点をあて、光誘起構造変化により実現する光ドーピング、絶縁体-超伝導転移など独自の光特性制御技術を巧みに利用し、超伝導ナノ素子の作製と高次機能の創製を試みた。特に、近接場光学顕微鏡を利用したナノ光書き込みによりナノドット、ナノ細線、ナノ接合などの微細素子を作製し、その特性評価を通じてナノスケールの組織制御による特性向上やナノ領域で現れる新規量子現象の可能性を探求した。昨年度の研究で確立した近接場光学顕微鏡によるナノスケールの光相制御技術の発展的応用として、超伝導薄膜試料における高密度ナノドットの光書き込みと超伝導特性、臨界電流密度J_cの制御を試みた。c軸配向YBa_2Cu_3O_<7-d>(Y123)絶縁性薄膜(YBa_2Cu_3O_6.35)における光書き込み実験では、可視光による光誘起構造変化に伴い光ドーピングが実現し、局所的に金属状態を誘起できることを確認した。また、この光誘起ナノドットは超伝導特性を示し、近接場光プローブを利用した光相制御技術によりY123絶縁体の望みの領域に望みの超伝導ナノドットを作製できることが明らかとなった。さらに、c軸配向Y123薄膜(T_c=85K)に対し、近接場光プローブを用いた光書き込みにより、ナノドットが高密度に分布した微細構造を作製した。特徴的な変化は、臨界電流密度J_c特性で観測され、50nmサイズのナノドットが約50nmの間隔で高密度配列した試料では、J_cがナノドット生成前に対し3倍程度向上し、近接場光書き込みしたナノドットがピン止め中心として機能していることが明らかとなった。さらに、本研究で開発した近接場分光システムを様々な超伝導体材料の構造・物性評価に応用し、新規光機能の可能性と共に、超伝導発現と関係した電子状態変化の検証を進めた。

在这项研究中，我们重点关注“在高温超导体中已得到证实的可见光引起的结构变化”，并巧妙地利用通过光致结构变化实现的光学掺杂和绝缘体-超导体转变等独特的光学特性控制技术利用这项技术，我们尝试制造超导纳米器件并创建高阶函数。特别是，我们使用近场光学显微镜通过纳米光学写入来制造纳米点、纳米线和纳米结等微观元件，并通过评估它们的性能，可以通过纳米级结构控制来改善性能，并开发新的量子我探索了纳米领域中出现的现象。作为去年研究中建立的近场光学显微镜纳米级光学相位控制技术的进一步应用，我们尝试控制超导薄膜样品中高密度纳米点的光学写入、超导性能和临界电流密度J_c。在c轴取向YBa_2Cu_3O_<7-d>（Y123）绝缘薄膜（YBa_2Cu_3O_6.35）上的光学写入实验中，我们意识到由于可见光的光致结构变化而实现了光学掺杂，并且金属状态可以被本地诱导。此外，还发现这些光诱导纳米点表现出超导特性，并且可以通过使用近场光学探针的光学相位控制技术在 Y123 绝缘体的所需区域中产生所需的超导纳米点。此外，我们通过使用近场光学探针的光写入在c轴取向的Y123薄膜（T_c=85K）中制造了具有高密度纳米点分布的微结构。在以大约50nm间隔密集排列50nm尺寸的纳米点的样品中，观察到临界电流密度J_c特性的特性变化；与纳米点生成之前相比，J_c提高了约3倍，并且近场光写入变为显然，纳米点起到了钉扎中心的作用。此外，我们应用本研究开发的近场光谱系统来评估各种超导材料的结构和物理性质，并验证了与超导性的出现相关的新光学功能以及电子态变化的可能性。