【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.25】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23NM5239
利用課題名 / Title
表面量子相物質に関する研究
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials
キーワード / Keywords
表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,原子層薄膜/ Atomic layer thin film
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
内橋 隆
所属名 / Affiliation
物質・材料研究機構
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
Wenxuan Qian
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
西宮 ゆき
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-510：FIB加工装置（JIB-4000）
NM-647：FE-SEM+EDX [S-4800]
NM-648：FE-SEM+EDX [SU8000]
NM-649：FE-SEM+EDX [SU8230]
NM-647：FE-SEM+EDX [S-4800]
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
シリコン表面上に形成される原子層超伝導体では、原子ステップがジョセフソン接合の役割を果たすことが知られているが、個々の原子ステップの輸送特性はまだ解明されていない。本研究ではミクロンスケールの貫通穴を持つシャドーマスクをFIBにより作製し、イオンビームを用いて試料の微細加工を行う。これにより少数ないし単一の原子ステップのジョセフソン接合の輸送特性を明らかにすることを目的とする。
実験 / Experimental
金属製ホルダー（5mm x 6.5mm x 22mm）に張り付けたステンレス箔（厚さ10ミクロン）に、FIBで貫通穴を加工することでシャドーマスクパターンを形成した。試料は持ち込みで、100ミクロン幅以上の貫通穴は加工済みである。FIB装置を用いて、200ミクロンx 200ミクロンの領域に、数ミクロンスケールの貫通穴を40カ所程度加工した。作製した試料はSEM装置で観測した。
結果と考察 / Results and Discussion
設計どおりに、シャドーマスクに貫通穴をFIB装置により作製することができた。10ミクロン幅および２ミクロン幅の貫通穴をもつシャドーマスクのSEM像を図１(a)に示す。このマスクを用いて超伝導原子層からなる試料表面をアルゴンスパッタし、４端子測定用の電極パターンを作成した。マスクパターンは正確に転写されることを確認し、また図1(b)(c)に示すように、明瞭な超伝導転移が観測された。しかし、図1(b)(d)に示したように超伝導転移温度以下で有限の抵抗値が残るため、超伝導特性は劣化していることがわかった。これは、アルゴンスパッタイオンの高いエネルギーによって弾かれたクラスターが試料境界から回り込んで、試料の結晶性を乱したためと考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１(a) FIBによって作製したシャドーマスクを用いて転写した４端子測定用電極パターン。 (b)(c) (a)の電極パターンに加工した原子層超伝導体試料の抵抗の温度変化と磁場依存性. (d) T = 0.4 Kにおける電流－電圧特性 。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Wenxuan Qian, Ryohei Nemoto and Takashi Uchihashi, “Nanostencil-Fabricated Electrode for Electron Transport of Atomically Thin Film in Ultrahigh Vacuum”, The annual meeting of the Physical Society of Japan, Sendai, Sep.16-19, 2023.
- Wenxuan Qian, Ryohei Nemoto and Takashi Uchihashi, “Nanostencil-Fabricated Electrode for Electron Transport of Atomically Thin Film in Ultrahigh Vacuum”, MANA International Symposium, Tsukuba, Nov. 9-10, 2023.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件