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パイ接合SQUID、及び超伝導接合構造の製造方法

国内特許コード P130009552
整理番号 2477
掲載日 2013年7月10日
出願番号 特願2011-518329
登録番号 特許第5574299号
出願日 平成22年3月2日(2010.3.2)
登録日 平成26年7月11日(2014.7.11)
国際出願番号 JP2010053310
国際公開番号 WO2010140400
国際出願日 平成22年3月2日(2010.3.2)
国際公開日 平成22年12月9日(2010.12.9)
優先権データ
  • 特願2009-133315 (2009.6.2) JP
発明者
  • 前野 悦輝
  • 寺嶋 孝仁
  • 中村 壮智
  • 中川 竜司
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 パイ接合SQUID、及び超伝導接合構造の製造方法
発明の概要 スピン三重項超伝導体とスピン一重項超伝導体とを用いた新方式のパイ接合を有するパイ接合SQUIDを提供する。[スピン一重項超伝導体/スピン三重項超伝導体/スピン一重項超伝導体]のパイ接合を有する超伝導ループからなるパイ接合SQUIDである。このパイ接合SQUIDは、スピン三重項超伝導体の単結晶を用いた基板2と、当該基板の表面に形成されたスピン一重項超伝導体のループ層31と、を有して形成されている。
従来技術、競合技術の概要



SQUID(Superconducting Quantum Interference Device:超伝導量子干渉素子)は、1個以上のジョセフソン接合(超伝導接合)を持つ超伝導体のループとして構成された素子である。

従来のSQUIDとしては、印加電流がゼロのとき接合部における超伝導位相差がゼロである「ゼロ接合SQUID」が一般的である。ゼロ接合SQUIDには、通常のスピン一重項のs波超伝導体が用いられ、磁気センサ、脳磁計、地震計などに既に広く実用化されている。





一方、接合部における超伝導位相差がゼロではなくπになる「パイ接合SQUID」は、ゼロ接合SQUIDと同様に、超高感度の磁気センサなどとして有用であるだけでなく、正または負の半磁束量子または半整数磁束量子を閉じこめる性質を用いた量子ビット(QUBIT)としての応用が特に期待されている。

このようなパイ接合SQUIDの原理については、非特許文献1に記載されている。





パイ接合SQUIDの方式としては、これまでに二種類実証されており、一つは、非特許文献2に記載されたものであり、もう一つは、非特許文献3に記載されたものである。

前者のパイ接合SQUIDは、YBa2Cu37-δなどの高温超伝導体とニオブ(Nb)などの通常超伝導体とを接合して構成されている。

後者のパイ接合SQUIDは、ニオブ(Nb)などの通常超伝導体と強磁性金属薄膜とを接合して構成されている。

産業上の利用分野



本発明は、パイ接合SQUID、及び超伝導接合構造の製造方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
スピン三重項超伝導体の単結晶を用いた基板と、
当該基板の表面に形成されたスピン一重項超伝導体のループ層と、
を有し、
前記ループ層は、前記基板に対して実質的に接合されていないループ本体領域と、前記基板に対して接合するための第1接合用領域及び第2接合用領域と、を備え、
前記第1接合用領域及び第2接合用領域それぞれが前記基板と接合することで、[スピン一重項超伝導体/スピン三重項超伝導体/スピン一重項超伝導体]のパイ接合を有する超伝導ループが形成されている
パイ接合SQUID。

【請求項2】
前記基板は、スピン三重項超伝導体と常伝導体との共晶によって形成され、
スピン一重項超伝導体とスピン三重項超伝導体との接合に、前記基板が有する前記常伝導体の導電性を利用した
請求項記載のパイ接合SQUID。

【請求項3】
前記スピン三重項超伝導体は、SrRuOである請求項記載のパイ接合SQUID。

【請求項4】
前記共晶は、SrRuOとRuとの共晶である請求項記載のパイ接合SQUID。

【請求項5】
前記ループ層は、SrRuOの結晶構造に含まれるRuO面に対して平行な基板表面に形成されている請求項記載のパイ接合SQUID。

【請求項6】
前記基板は、SrRuO結晶、又は、SrRuOとRuとの共晶、によって形成され、
前記ループ層は、SrRuOの結晶構造に含まれるRuO面に対して垂直な基板表面に形成されている請求項記載のパイ接合SQUID。

【請求項7】
前記ループ層は、前記基板表面上に、スピン一重項超伝導体となる物質を蒸着によって形成した蒸着膜である請求項記載のパイ接合SQUID。

【請求項8】
前記基板には、ループ層のループ内側位置における磁束の透過を、当該基板において容易にするための磁束透過部が設けられている請求項記載のパイ接合SQUID。

【請求項9】
前記基板は、スピン三重項超伝導体からなる複数の基板分割片を接着材料によって接着してなり、
前記磁束透過部は、前記基板における前記接着材料の部分である請求項記載のパイ接合SQUID。

【請求項10】
前記基板は、スピン三重項超伝導体からなる基板本体を、磁束が容易に透過する材料に埋め込んで形成され、
前記磁束透過部は、前記基板において磁束が容易に透過する前記材料の部分である請求項記載のパイ接合SQUID。

【請求項11】
前記磁束透過部は、前記基板に形成された孔である請求項記載のパイ接合SQUID。

【請求項12】
超伝導接合構造の製造方法であって、
スピン三重項超伝導体となる物質の結晶バルクを加工して、基板を形成する基板形成工程と、
前記基板表面にスピン一重項超伝導体となる物質からなる層を形成するスピン一重項超伝導体層形成工程と、
を含む超伝導接合構造の製造方法。

【請求項13】
超伝導接合構造の製造方法であって、
スピン三重項超伝導体になる物質と常伝導体との共晶の表面に析出した常伝導体のうち、接合用の常伝導体を選択する選択工程と、
選択した接合用の常伝導体の少なくとも一部をスピン一重項超伝導体となる物質で覆う層を形成するスピン一重項超伝導体層形成工程と、
を含む超伝導接合構造の製造方法。

【請求項14】
前記選択工程では、互いに離間する対の接合用常伝導体を選択し、
前記スピン一重項超伝導体層形成工程において形成される前記層は、選択した対の接合用常伝導体の対間隙において離間しているとともに、選択した対の接合用常伝導体それぞれをスピン一重項超伝導体となる物質で覆うものである
請求項13記載の超伝導接合構造の製造方法。

【請求項15】
前記スピン一重項超伝導体層形成工程において形成される前記層は、選択した接合用常伝導体上において離間しているとともに、選択した当該接合用常伝導体の一部をスピン一重項超伝導体となる物質で覆うものである
請求項13記載の超伝導接合構造の製造方法。

【請求項16】
前記共晶の表面に析出した常伝導体のうち、選択した接合用常伝導体以外の常伝導体を絶縁膜で覆う絶縁膜形成工程と、を更に含み、
前記スピン一重項超伝導体膜形成工程において形成される前記層は、選択した接合用常伝導体と、前記絶縁膜の少なくとも一部とを、前記スピン一重項超伝導体となる物質で覆うものである
請求項13~15のいずれか1項に記載の超伝導接合構造の製造方法。

【請求項17】
前記絶縁膜形成工程では、選択した接合用常伝導体の位置に開口部が形成された絶縁膜を、前記共晶の表面に形成する
請求項16記載の超伝導接合構造の製造方法。

【請求項18】
前記スピン一重項超伝導体層形成工程では、前記スピン三重項超伝導体と前記スピン一重項超伝導体とによって、[スピン一重項超伝導体/スピン三重項超伝導体/スピン一重項超伝導体]のパイ接合を有する超伝導ループが形成されるように、前記層を形成する
請求項12~17のいずれか1項に記載の超伝導接合構造の製造方法。
産業区分
  • 半導体
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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