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銅酸化物超伝導体単結晶を用いる超高速集積デバイス ミリ波サブミリ波発光と超伝導単電子対トンネル効果

研究報告コード R000000498
掲載日 2002年9月30日
研究者
  • 山下 努
研究者所属機関
  • 東北大学未来科学技術共同研究センター
研究機関
  • 東北大学未来科学技術共同研究センター
報告名称 銅酸化物超伝導体単結晶を用いる超高速集積デバイス ミリ波サブミリ波発光と超伝導単電子対トンネル効果
報告概要 高温超伝導体の単結晶からなる固有ジョセフソン素子を実現するため,針状単結晶(ホイスカ)に集束イオンビーム加工を施し,世界で初めてサブミクロン単結晶素子を作製した。図1にBSCCO素子の電子顕微鏡写真,図2に素子の模式図を示した。次に,欠陥のきわめて少ない10μm2ほどのBi2212単結晶メサ接合層に平行な磁場を印加して単結晶内に磁束量子列を発生させた。層に垂直に電流を流すと,磁束量子はローレンツ力で駆動され,高速で運動することが判った。高速な磁束量子列の運動はプラズマを励起するから,これをミリ波サブミリ波帯のコヒーレントな電磁波源として応用できることを示した。更に素子面積を1μm2程度にすると電子対が1個ずつトンネルする現象が起こることを明らかにした。素子接合面を通過する電子を1個ずつ制御でき,実用可能な液体ヘリウム温度(-269℃)で作動する単電子対トンネル効果を発見した(図3)。半導体素子やNb系ジョセフソン素子では到達できない省電力電子素子の開発の可能性を示した。
画像

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研究分野
  • 電子ビーム・イオンビームの応用
  • 界面の電気的性質一般
  • 酸化物系超伝導体の物性
  • Josephson接合・素子
  • トランジスタ
関連発表論文 (1)山下 努、固有ジョセフソン接合アレーTHzレーザー.2001年秋季日本物理学会シンポジウム講演要旨集.17PYA-7
研究制度
  • 戦略的基礎研究推進事業、研究領域「極限環境状態における現象」研究代表者 山下 努(東北大学未来科学技術共同研究センター)/科学技術振興事業団
研究報告資料
  • 山下 努. 銅酸化物超伝導体単結晶を用いる超高速集積デバイス ミリ波サブミリ波発光と超伝導単電子対トンネル効果. 戦略的基礎研究推進事業「極限環境状態における現象」兼平成8年度採択研究課題終了シンポジウム 講演要旨集,2001. p.22 - 25.

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