【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.29】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22NU0229

利用課題名 / Title

トンネル接合の作製およびカーボンナノ物質成長制御

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）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【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

リソグラフィ/Lithography,EB,トポロジカル量子物質/ Topological quantum matter,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

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

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-231：マスクレス露光装置
NU-230：段差計
NU-223：フォトリソグラフィ装置群
NU-232：原子層堆積装置
NU-235：超高密度大気圧プラズマ装置

報告書データ / Report

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

近年、グラファイトのような層状物質の単結晶をヘキ開して作製したヘテロ接合を用いた輸送特性で新奇現象が多く報告されている。一方で、ヘキ開性を持たないバルク単結晶ではあまり系統的な接合作成手法が確立しておらず、超伝導接合の研究の一つのボトルネックになっている。そこで本研究では、バルク結晶を破砕、微細化した結晶を用いて超伝導接合を作製する手法の開発を行った。対象とする物質は複数あるが、ここではMn₃Snというワイル半金属に着目し、この超伝導近接効果において特異な超伝導状態の出現などを期待して行ったものを紹介する。

実験 / Experimental

Mn₃Sn単結晶はブリッジマン法によって育成し、図1(a)のような大型な単結晶を破砕して微細片を使用した。次に、Si/SiO₂基板にあらかじめマスクレス露光装置(DL-1000)を用いてスパッタ時の電極パターンを形成し、図1(b)のようなNb電極を作製した。この丸印の部分に破砕した結晶を固定することで、Mn₃Sn/Nb超伝導接合を作製した。輸送特性は当研究室保有の物理特性測定装置や自作の超伝導特性測定システムで行った。ここで紹介する測定結果は、図1(b)の端子のうち2端子を使用した超伝導接合の結果を示す。

結果と考察 / Results and Discussion

得られた接合の抵抗値の温度依存性は図1(c)に示したように、Nb電極の超伝導転移温度において明瞭な2段階の抵抗値の減少が見られた。これはNb電極を使用した超伝導接合で広くみられ、Nb電極の作製条件によってこの2段階転移の振る舞いが変化することが知られている。最低温の1.7 KにおけるI-V特性を見ると、完全にはゼロ抵抗にはなっていないものの、臨界電流(I_c)に対応するジョセフソン接合特有の折れ曲がりが見られ、このI_cが磁場に対して周期的に変調し、フラウンフォーファーパターン型になることを確認した。これはジョセフソン電流の存在を意味し、適切な条件であればこの作製方法で超伝導接合が得られることを確認した。この接合において、通常の超伝導接合ではみられない特異な現象も観測したため、今後さらに作製条件の最適化と詳細な調査を行う。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1. (a)育成したMn₃Sn単結晶. (b)Si/SiO₂基板上に製膜したNb電極. 丸印部がくし型に電極が配置されており, 破砕した結晶を固定して接合を作製する. (c)測定電流を変えた時のMn₃/Nb接合の抵抗の温度依存性. Insetは最低温無磁場下でのIV特性を記している.

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

なし。

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.

1. (1) Tsuyoshi Tanda et al., “Ionic-Liquid Gating of Magnetically doped Topological Insulator Fe-Doped BiSbTe2Se”, Conference on Low Temperature Physics (LT29), P23-SF4-22, 令和4年8月18-24日．
2. (2) Rikizo Yano et al., “Magnetically Doped Topological Insulator with High Bulk insulation and its Superconducting Proximity Effects”, Conference on Low Temperature Physics (LT29), P20-SF2B-68, 令和4年8月18-24日．
3. (3) Hironori Teshima et al., "Andreev bound states and Doppler shift in La 1.85Sr0.15CuO4/Au junctions", Conference on Low Temperature Physics (LT29), P20-SF2A-10, 令和4年8月18-24日.

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