研究課題別中間評価結果

１．研究課題名

異方的超伝導体の量子効果と新電磁波機能発現

２．研究代表者名

井口　家成　（東京工業大学大学院理工学研究科　教授）

３．研究概要

　酸化物高温超伝導体は、クーパー対の波動関数の対称性が異方的なd波であることが、近年判明してきている。d波超伝導体であれば、接合を流れるジョセフソン電流に異方的な空間依存量子効果が出現するが、この効果の定量的な検証、局所的な磁場分布及び電流分布の測定によって、異方性の本質を解明する。研究代表者が発見した、高温超伝導トンネル接合への準粒子の注入による電磁波放射について、その起源を明らかにする。これらによって新奇超伝導体デバイスの創出を目指す。

４．中間評価結果

４−１．研究の進捗状況と今後の見込み

　ジョセフソン接合電流の異方的空間依存性を実験と理論の面から詳細に検証したこと、半整数量子磁束を異方的接合点で観測したことなどで、d波超伝導体の実証性のレベルを高めた。準粒子注入による電磁波放射については、ジョセフソンプラズマ発振であることを明かにした。また、超伝導薄膜接合素子を作製するプロセス技術を著しく進展させ、高温酸化物超伝導体の新奇な現象の発見と機能の創出を見込める研究基盤は構築された。

４−２．研究成果の現状と今後の見込み

　同一基板上に異方的なランプエッジ接合を作製するという困難な技術を確立し、ジョセフソン電流のゼロバイアスコンダクタンスが接合界面と結晶軸とのなす角度に依存して系統的に変化することを初めて確認したこと、及びSQUID顕微鏡によって三つの基板を結晶方位を変えて貼り合わせたトリクリスタル基板上に堆積したYBCO膜のトリクリスタル接合点に半整数量子磁束を観測したことなどで、高温酸化物超伝導体がd波超伝導体であることの実証性のレベルを著しく高めた。
　準粒子の注入による電磁波放射については、このグループのオリジナルな発見であるが、電磁波放射素子と高温超伝導ジョセフソン検出素子を同一基板上に作製し、ジョセフソンプラズマ周波数に近い5 THz近傍にピークを持つ広帯域テラヘルツ電磁波を検出するなど、ジョセフソンプラズマ発振を検証する新たな進展をした。
　異種d波超伝導体の薄膜積層、異方接合などのプロセス技術、SQUID顕微鏡などの超伝導現象の可視化評価技術により、新奇な異種d波ジョセフソンデバイスの創出、高温超伝導体発現機構の解明などが期待できる。

４−３．総合的評価

　異種超伝導体薄膜の接合技術など、困難な実験上の技術的課題を克服して高温超伝導体のd波超伝導の実証性のレベルを高めたことは、当初の目標を達成するもので評価できる。これに関して、理論グループがIBM賞を受賞している。また、準粒子注入による電磁波放射についてもジョセフソンプラズマ発振であることを確認するなどの進展が見られる。ただし、これらの特性を活かしたインテリジェントデバイス、超伝導レーザーなどの新しい機能の発現、応用については具体的な進展が見えてきていない。この辺を今後に期待する。