【研究領域課題番号】21K04145 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超伝導 / 電界効果トランジスタ / 銅酸化物 / ダイヤモンド / 磁気顕微鏡

【研究成果の概要】

超伝導層/2次元正孔ガス(2DHG)層/超伝導層の3領域からなるダイヤモンド電界効果トランジスタ(FET)を世界で初めて作製し、ゲート電圧によるドレイン電流の変調効果を１K-10Kにおいて観測した。2DHGチャネルの微細化で、超伝導FETに発展できる基礎データ取得に成功した。超伝導チャネルの微細化でダメージ層が問題となっていたが、本年度は、エッチング側壁面の超伝導転移温度の低い面方位で常伝導化することで、超伝導電流が流れる細い稜線を形成する稜線伝導型のデバイスを新たに開発した。これまでで最小となるジョセフソン接合幅3μmでの単一段差型ジョセフソン接合にて、直流、交流ジョセフソン効果の観測、およびdc-SQUIDとしての動作に成功した。これらの成果は学会発表され、論文執筆中である。単結晶Bi2212銅酸化物超伝導体を劈開貼り付け法により薄膜化し、低加速電圧で均質にエッチングすることが可能なカウフマン型イオン源によるArイオンエッチング装置によって超伝導チャネルを3.8μm程度に微細化した。ここよりさらなる微細化のためにヘリウムイオン顕微鏡等の使用によって細線化を行う予定である。また、希塩酸処理によるBi2212の超薄膜化についても検討し、成果を学会発表した。汎用半導体シミュレータを用いて３次元シミュレーションを行い、マルチゲートチャネルにおけるキャリア濃度の電界変調効果を知ることができるようになった。超伝導トランジスタは動作時に磁束量子の運動によって抵抗が生じるため、磁束量子の運動を把握することが重要である。有限要素法や磁束量子の動力学法シミュレーションを開発し、磁束量子の運動を理論的に可視化することができた。また、磁気光学効果（MO）顕微鏡を開発し、性能を向上させることで、超伝導体中の磁束量子の運動を実際に可視化することができた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究領域課題番号】18H01167 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

走査型SQUID顕微鏡 / 走査型トンネル顕微鏡 / 磁気トロイダルドメイン / 周波数依存性 / SQUID磁気顕微鏡 / SQUID / 磁気顕微鏡 / トロイダルドメイン / STM / 超伝導 / 磁性体

【研究成果の概要】

本研究では、開発した磁気顕微鏡を用いて電流誘起磁化を観測することで、強トロイダル金属UNi4Bにトロイダルドメインが存在することを明らかにした。具体的には、電流誘起ホール効果の測定から期待されている周波数依存性が電流誘起磁化にも現れることを利用して、アンペールの法則で生じる磁場と明確に分離することに成功した。その上で、測定位置を変えると、周波数依存性の振る舞いや信号の符号が変化することも分かった。これは、トロイダルドメインの存在を示唆する結果である。

【研究の社会的意義】

「電場（電流）で生じる磁化」や、「磁場で生じる電気分極」といった電気磁気効果は、新規デバイスへ応用できる可能性を秘めており、盛んに研究が行われてきている。このような現象を示す物質はここ２０年間で数多く発見されてきたが、電気を流せる金属の研究は非常に限定的だった。本研究では、強トロイダル金属UNi4Bで電気磁気効果が現れること、さらにトロイダルドメインが存在することなど、最も基本的で重要な現象を明らかにすることに成功した。本研究は、今後の金属に関する電気磁気効果の発展の礎になると考えている。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【配分額】17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)