鉛ビスマス系新規超伝導薄膜によるトンネル型量子デバイスの作製

使用新型铅铋基超导薄膜制造隧道型量子器件

基本信息

批准号：
15J07623
负责人：
小森祥央
金额：
$ 1.68万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

1212型の高温超伝導体(Pb,Cu)Sr2(Y, Ca)Cu2O7の超伝導特性について以下の3点を中心に研究を行った。「高磁場・異方的電気伝導特性を基にした超伝導特性の評価」　60 Tのパルス高磁場を用いて超伝導を破壊し、臨界磁場の面内面直異方性から超伝導コヒーレンス長のab面方向とc軸方向の異方性を評価した。異方性は5-10と見積もられる結果となり、結晶構造から予想される通り、銅酸化物高温超伝導体の中で非常に異方性が小さく、1212型の物質群は超伝導材料としての応用に適することが明らかとなった。「c軸ジョセフソン特性の評価」　薄膜に微小メサ加工を施し、c軸電流電圧特性の観察を行った。これまでビスマス系を中心とした限られた物質でしか観測されていなかった明瞭なジョセフソン特性を鉛がドープされた1212型の物質で初めて観察することに成功し、超伝導ギャップ・最大ジョセフソン電流などの知見を深めることができた。元素置換効果を検証した結果、鉛イオンの存在がc軸抵抗率を増大させ、明瞭なジョセフソン特性を形成する鍵となっていることが分かった。「絶縁層の元素とc軸導電率を結びつける新たな理論に関する議論」　c軸の絶縁性をc軸ジョセフソン特性および臨界磁場の異方性から見積もったところ絶縁層のPbサイトのCu置換量およびBi置換量が増えるにつれて、絶縁性が低下する系統的な変化が観察された。これらの傾向から、c軸絶縁性を決定するのは絶縁層を構成する金属酸化物のバンドギャップの大きさなのではないかという推測を行い、単純な矩形ポテンシャルを想定し、Simmonsの量子トンネル電流を計算したところ、実験値から得られるc軸固有ジョセフソン接合のトンネル電流とよく一致することが分かった。この傾向は、1212型物質の元素置換効果だけでなく、層状構造を有する他の高温超伝導体でも広く成り立つことがわかった。

我们研究了1212型高温超导体(Pb,Cu)Sr2(Y,Ca)Cu2O7的超导性能，重点研究了以下三点。 “基于高磁场和各向异性导电特性的超导性能评估”我们使用60 T的脉冲高磁场来破坏超导性，并从临界磁场的面内各向异性计算出超导相干长度。对a-b面方向和c轴方向进行评价。各向异性估计为5-10，并且正如从晶体结构所预期的那样，在铜酸盐高温超导体中各向异性极小，并且1212型材料组很难用作超导材料。适合应用。 “c轴约瑟夫逊特性的评价” 对薄膜进行微台面加工，观察c轴电流-电压特性。我们第一次成功地在铅掺杂的 1212 型材料中观察到了清晰的约瑟夫森特性，此前这种特性仅在有限数量的材料（主要是铋基材料）中观察到。我能够加深对此类材料的了解。作为电流。验证元素替代效应的结果发现，铅离子的存在增加了c轴电阻率，是形成清晰的约瑟夫森特性的关键。 “关于连接绝缘层元素和 c 轴电导率的新理论的讨论” 根据 c 轴约瑟夫森特性和临界磁场的各向异性以及 Cu 取代量来估计 c 轴绝缘性。绝缘层的 Pb 位点和随着 Bi 取代量的增加，观察到绝缘性能的系统变化。基于这些趋势，我们推测c轴绝缘性能是由构成绝缘层的金属氧化物的带隙尺寸决定的，并且假设简单的矩形电势，发现西蒙斯量子隧道电流的计算值处于良好的状态。与从实验值获得的c轴本征约瑟夫森结的隧道电流一致。研究发现，这种趋势不仅是由于1212型材料中的元素替代效应而存在，而且在其他具有层状结构的高温超导体中也广泛存在。

项目成果

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Intrinsic Josephson properties and superconducting fluctuation in PbSr2Y1-xCaxCu2O7+δ epitaxial films

PbSr2Y1-xCaxCu2O7+δ外延薄膜的本征约瑟夫森特性和超导涨落

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
A. Uzawa;S. Komori;Y. Kamei;and I. Kakeya;Akihiro Kanemitsu;S. Komori and I. Kakeya;S. Komori A. Uzawa and I. Kakeya
通讯作者：
S. Komori A. Uzawa and I. Kakeya

Generic description of the c-axis conductivity of cuprate superconductors proposed by Intrinsic Josephson properties in Pb1212

Pb1212 中本征约瑟夫森性质提出的铜酸盐超导体 c 轴电导率的一般描述