【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.21】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23NU0053

利用課題名 / Title

新奇超伝導体のトンネル接合の作製

利用した実施機関 / Support Institute

名古屋大学 / Nagoya Univ.

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）-

【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）-

キーワード / Keywords

超伝導、トンネル接合、微細加工,集束イオンビーム/ Focused ion beam,超伝導/ Superconductivity

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)

柏谷 聡

所属名 / Affiliation

名古屋大学大学院工学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

谷口晴香,杉原陽,松岡顕輝,柏谷聡

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

樋口 公孝

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NU-106：試料作製装置群

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

その超伝導が非従来型であると確実視されているSr₂RuO₄について、超伝導対称性を解明するためには、圧力下でトンネル分光測定を行い、準粒子状態密度スペクトルの変化を調べることが有効である。そこで本課題では、圧力下測定が可能となるような設計で、Au/Sr₂RuO₄のトンネル接合を作製する。

実験 / Experimental

(1) 超高圧電子顕微鏡施設のマルトー研磨機を用い、Sr₂RuO₄単結晶を厚さ10 um程度（c軸方向）まで薄くする。なお、今年度中は簡易的に、デザインナイフでの劈開によって厚さ30 um程度の結晶を得た。 (2) 研究室のイオンコーターにて、Sr₂RuO₄結晶を真空中で破砕し（ab面: 数百 × 数百 um2）、結晶表面を厚さ100 nm程度のAu膜でコートした。AuとフレッシュなSr₂RuO₄破砕面（//c軸）の間で、常伝導体/絶縁体/超伝導体（N/I/S）のトンネル接合が形成される（絶縁体層は薄い表面劣化層から成る）。 (3) AuコートされたSr₂RuO₄結晶を、圧力印加に耐えうる材質の幅1-2 mmの基板上にグルー付けした。その後、研究室のイオンコーターにて、基板中央の長さ2 mm分の領域に、厚さ100 nm程度のAu膜を堆積させる。基板上のAu膜は、結晶上のAu電極を延長・拡大し、測定線への取付を容易にするという目的で作製している。 (4) 超高圧電子顕微鏡施設の集束イオンビーム（FIB）加工機FB-2100によって、Auを任意のパターンで削り取り、独立した電極として機能するようにした。 (5) 各電極に銀ペーストによってAu線を接続し、接合素子が完成した。

結果と考察 / Results and Discussion

工程(4), (5)の後の素子をそれぞれ図1(a), (b)に示す。圧力下測定が可能な設計で、Au/Sr₂RuO₄のトンネル接合素子を完成させることができた。今後は、常圧そして圧力下で、動作確認のための測定を行う予定である。なお、工程(5)において、Au線が軽く当たっただけでもAu膜が容易に剥がれてしまう、という問題が明らかになった。そのため、2回目のAu膜形成（工程(3)）において、今後は下地としてTi層を挟むことを計画している。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1:(a)FIB加工後のトンネル接合素子。中央の明るい部分がAuコートされたSr2RuO4結晶、周囲の黒い部分が基板上のAu膜、それらの上の線状部位がFIB加工によってAu膜が削り取られた箇所である。結晶面のうち赤で示す２か所を、N/I/S接合とした（それぞれJ1,J2）。(b)Au線を接続した後のトンネル接合素子。

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

FIB装置の利用にあたっては、超高圧電子顕微鏡施設の樋口公孝氏にご指導いただきました。Sr₂RuO₄単結晶や基板は、共同研究者である豊田理研-京大連携拠点（TRiKUC）のGiordano Mattoni特定助教・前野悦輝教授にご提供いただきました。この場をお借りして御礼申し上げます。

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.

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