高感度超伝導磁気センサを目指した安価で環境にやさしいプロセスの提案

摘要

超電導に特有の構造であるジョセフソン接合は，電流駆動による次世代型の低燃費•高速スイッチング素子への実用化が期待されている。また高感度な磁気特性から，地磁気の1億〜10億分の1程度という微小磁場の測定が可能なSQUID磁束計への応用が既に成功し，学術•産業界へ広く普及している。しかしながら，ジョセフソン接合素子の作製にはナノメートルオーダーの均一な絶縁層が必要であり，プロセスの複雑化による高コスト化が避けられない。本研究では，結晶の面間方向にジョセフソン接合を積層する超電導体であるBi_2Sr_2Ca_(n-1)Cu_nO_y(n=l〜3)高温超電導針状結晶(以下，Bi系ウィスカー)に着目した。そして，この結晶を"水に浸ける"だけでジョセフソン素子が作製できる方法を考案し，様々な評価を行った。その結果，複雑なプロセスを一切含まず，Bi系ウィスカーを用いたジョセフソン接合素子の開発に成功した。作製したジョセフソン接合素子のI-V特性からギヤップ電圧を算出したところ，ジョセフソン接合1層分の特性が観測できた。これにより，水に浸ける時間を変化させることで，ジョセフソン接合の積層数を自在に制御できる可能性が示された。