JP2621245B2 - 超伝導体装置 - Google Patents
超伝導体装置Info
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- JP2621245B2 JP2621245B2 JP62281624A JP28162487A JP2621245B2 JP 2621245 B2 JP2621245 B2 JP 2621245B2 JP 62281624 A JP62281624 A JP 62281624A JP 28162487 A JP28162487 A JP 28162487A JP 2621245 B2 JP2621245 B2 JP 2621245B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超伝導体装置に関するものである。
第５図は例えば文献（Soshitami Saito et al.:Japan
ese Journal of Applied Physics Vol26 No4（1987）L4
91〜L492）に示される従来の超伝導体装置の一例を説明
する特性図である。この図に示されるように、La2CuO4
は臨界温度が低く超伝導を示さないが、Srを入れたSrx
La2-XCuO4ではｘ0.1で臨界温度約30〜40Kの超伝導
状態が得られる。
ese Journal of Applied Physics Vol26 No4（1987）L4
91〜L492）に示される従来の超伝導体装置の一例を説明
する特性図である。この図に示されるように、La2CuO4
は臨界温度が低く超伝導を示さないが、Srを入れたSrx
La2-XCuO4ではｘ0.1で臨界温度約30〜40Kの超伝導
状態が得られる。
また、文献（Ｐ、Ｗ、Anderson:Science235（1987）P
1196）によれば、La2CuO4はその強い電子相関のために
絶縁性を示すが、Srなどの元素をドーピングしてフリー
キヤリア（この場合はホール）を導入することで金属的
になり、低温では超伝導状態が実現されることが示され
ている。
1196）によれば、La2CuO4はその強い電子相関のために
絶縁性を示すが、Srなどの元素をドーピングしてフリー
キヤリア（この場合はホール）を導入することで金属的
になり、低温では超伝導状態が実現されることが示され
ている。
ドーピングによつて結晶全体にフリーキヤリアを導入
する従来の超伝導体装置では、超伝導状態は得られても
一度超伝導状態になつてしまうと物質内部に電界が入れ
ないため外部から超伝導電流の制御が行えない。このた
め、電界効果トランジスタなどの半導体素子に似たもの
を作るのは困難であつた。
する従来の超伝導体装置では、超伝導状態は得られても
一度超伝導状態になつてしまうと物質内部に電界が入れ
ないため外部から超伝導電流の制御が行えない。このた
め、電界効果トランジスタなどの半導体素子に似たもの
を作るのは困難であつた。
この発明は、外部からの電界その他の影響により、電
流が制御できる超伝導体装置を得ることを目的とする。
流が制御できる超伝導体装置を得ることを目的とする。
この発明に係る超伝導体装置は、絶縁体または半導体
的な性質と、金属的な性質と、超伝導体的な性質とを、
組成比、温度、および欠陥の量の違いに応じて示すよう
な物質系にあつて絶縁体または半導体的な性質を示して
いる酸化物からなる材料に外部から電子の過剰または不
足を誘起して超伝導状態を実現する手段、すなわち、電
子親和度やイオン化エネルギーの異なる２種類の材料を
接合する、またはビームを照射する、を備えたものであ
る。
的な性質と、金属的な性質と、超伝導体的な性質とを、
組成比、温度、および欠陥の量の違いに応じて示すよう
な物質系にあつて絶縁体または半導体的な性質を示して
いる酸化物からなる材料に外部から電子の過剰または不
足を誘起して超伝導状態を実現する手段、すなわち、電
子親和度やイオン化エネルギーの異なる２種類の材料を
接合する、またはビームを照射する、を備えたものであ
る。
この発明における超伝導状態は、もともと外部からの
影響で実現されるものであるから、この影響例えば導入
されるフリーキヤリアの量を制御することで、超伝導電
流がコントロールできる。
影響で実現されるものであるから、この影響例えば導入
されるフリーキヤリアの量を制御することで、超伝導電
流がコントロールできる。
第１図は、この発明の一実施例に関りBa−Pb−Bi−Ｏ
系の薄膜を用いた電子親和度の異なる物質の接合を利用
するタイプの超伝導体装置の断面図を示す。図におい
て、（１）は基板として用いたSrTiO3の単結晶、（２）
は基板上にマグネトロンスパツタなどを用いて作製した
BaPb1-XBixO3層であり、ｘの値は約0.35以上例えば0.4
とする。このとき、この物質は半導体的性質を示す。
（３）はさらにスパツタリングの条件を変えて作つたBa
Pb1-yBiyO3−δ層であり、ｙの値はｘより大きくなるよ
う例えばｙ＝0.8にし、かつδは０でない値をとるもの
とする。
系の薄膜を用いた電子親和度の異なる物質の接合を利用
するタイプの超伝導体装置の断面図を示す。図におい
て、（１）は基板として用いたSrTiO3の単結晶、（２）
は基板上にマグネトロンスパツタなどを用いて作製した
BaPb1-XBixO3層であり、ｘの値は約0.35以上例えば0.4
とする。このとき、この物質は半導体的性質を示す。
（３）はさらにスパツタリングの条件を変えて作つたBa
Pb1-yBiyO3−δ層であり、ｙの値はｘより大きくなるよ
う例えばｙ＝0.8にし、かつδは０でない値をとるもの
とする。
第２図は第１図で示した構造に対応する伝導バンドの
バンドダイアグラムで、横軸が膜厚方向の距離ｌ、縦軸
が電子のエネルギーＥを表わす。
バンドダイアグラムで、横軸が膜厚方向の距離ｌ、縦軸
が電子のエネルギーＥを表わす。
ＡはBaPb1-XBixO3（ｘ＞0.35）の領域、ＢはBaPb1-yB
iyO3- δ（ｙ＞x,δ≠０）の領域を示す。（11）はＡ、
Ｂの接合界面、（12）は伝導バンド、（13）は界面にた
まつた電子を表わす。EFはフエルミエネルギーである。
iyO3- δ（ｙ＞x,δ≠０）の領域を示す。（11）はＡ、
Ｂの接合界面、（12）は伝導バンド、（13）は界面にた
まつた電子を表わす。EFはフエルミエネルギーである。
第３図は文献（「新超伝導体」日経マグロウヒル社、
1987年６月15日発行、P40〜P51、笛木和雄著の「高温超
伝導セラミツクスの化学的側面」）に示されたBaPb1-XB
ixO3の電子物性を示す状態図である。この図よりBaPb
1-XBixO3は組成比および温度に応じて半導体的な性質
と、金属的な性質と、超伝導体的な性質とを示す物質で
あることがわかる。また、BaPb1-XBixO3は欠陥の量の違
いに応じても上記のような半導体的な性質と金属的な性
質と、超伝導体的な性質とを示すことが知られている。
1987年６月15日発行、P40〜P51、笛木和雄著の「高温超
伝導セラミツクスの化学的側面」）に示されたBaPb1-XB
ixO3の電子物性を示す状態図である。この図よりBaPb
1-XBixO3は組成比および温度に応じて半導体的な性質
と、金属的な性質と、超伝導体的な性質とを示す物質で
あることがわかる。また、BaPb1-XBixO3は欠陥の量の違
いに応じても上記のような半導体的な性質と金属的な性
質と、超伝導体的な性質とを示すことが知られている。
また、BaPb1-XBixO3の性質については文献（内田：固
体物理Vol.20No12（1985）P955.）に示される解説があ
る。それによると、ｘ＜0.35では臨界温度約13Kの超伝
導体であるが、ｘ＞0.35では半導体になる。これはｘが
大きくなるにつれてバンド中の完全につまつた部分と、
空いた部分が分裂し両者の間にギヤツプが生じ、フリー
キヤリアがなくなることによると考えられている。した
がつて、前述の文献（Ｐ、Ｗ、Anderson:Science235（1
987）P1196）でLa2CuO4について論じられたと同様に、
ｘ＞0.35の半導体領域でも十分なフリーキヤリアさえあ
れば超伝導を示すと考えられる。半導体となるｘ＞0.35
の領域で、ｘを大きくしてゆくと、分裂したバンド側の
ギヤツプは広がつてゆく。このため、上側の空のバンド
は、エネルギーが高くなつてゆき、電子親和度は小さく
なつてゆく。
体物理Vol.20No12（1985）P955.）に示される解説があ
る。それによると、ｘ＜0.35では臨界温度約13Kの超伝
導体であるが、ｘ＞0.35では半導体になる。これはｘが
大きくなるにつれてバンド中の完全につまつた部分と、
空いた部分が分裂し両者の間にギヤツプが生じ、フリー
キヤリアがなくなることによると考えられている。した
がつて、前述の文献（Ｐ、Ｗ、Anderson:Science235（1
987）P1196）でLa2CuO4について論じられたと同様に、
ｘ＞0.35の半導体領域でも十分なフリーキヤリアさえあ
れば超伝導を示すと考えられる。半導体となるｘ＞0.35
の領域で、ｘを大きくしてゆくと、分裂したバンド側の
ギヤツプは広がつてゆく。このため、上側の空のバンド
は、エネルギーが高くなつてゆき、電子親和度は小さく
なつてゆく。
今、実施例に示すように、ｘ＜ｙであるBaPb1-XBixO3
とBaPb1-yBiyO3- δすなわちＡ領域とＢ領域を接合した
系において、Ｂの側すなわち電子親和度のより小さい方
に自由な電子を導入すると、それは、電子親和度のより
大きなＡ側に流れ込ませることができる。自由電子を導
入する方法としては、例えば特開昭60−173885号公報に
示すように、酸素の欠損を導入する方法が考えられる。
半導体となつたBaPb1-XBiyO3の酸素を化学量論的な値で
ある３から減少させて３−δにしてゆくと、酸素欠損に
起因した準位が生じ、伝導バンドに自由電子が現われ
る。この電子が、電子親和度の、より大きなＡ側に流れ
込む。電子が流れ込むことにより後に残された正電荷と
流れ込んだ電子との引力により生じるバンドの曲がりの
ため、電子は界面付近に高濃度で蓄積される。
とBaPb1-yBiyO3- δすなわちＡ領域とＢ領域を接合した
系において、Ｂの側すなわち電子親和度のより小さい方
に自由な電子を導入すると、それは、電子親和度のより
大きなＡ側に流れ込ませることができる。自由電子を導
入する方法としては、例えば特開昭60−173885号公報に
示すように、酸素の欠損を導入する方法が考えられる。
半導体となつたBaPb1-XBiyO3の酸素を化学量論的な値で
ある３から減少させて３−δにしてゆくと、酸素欠損に
起因した準位が生じ、伝導バンドに自由電子が現われ
る。この電子が、電子親和度の、より大きなＡ側に流れ
込む。電子が流れ込むことにより後に残された正電荷と
流れ込んだ電子との引力により生じるバンドの曲がりの
ため、電子は界面付近に高濃度で蓄積される。
バンドの曲がりが大きく、界面付近のバンドがフエル
ミエネルギーEFより下になると、そこには、電子ガスの
状態ができる。このような界面付近に生じた２次元的な
電子ガスの濃度がある程度以上になると、低温で超伝導
体状態が実現できる。
ミエネルギーEFより下になると、そこには、電子ガスの
状態ができる。このような界面付近に生じた２次元的な
電子ガスの濃度がある程度以上になると、低温で超伝導
体状態が実現できる。
この電子ガスは、もともとバンドの曲がりで誘起され
たものである。このため、外部からバンドの曲がりを変
えるような電界を加えることで、電子ガスの厚さを制御
できる。たとえば十分に大きな逆バイアスをかけること
で電子ガスをなくすることができ、超伝導状態は存在で
きなくなる。したがつて、逆バイアスをON、OFFするこ
とで超伝導電流をスイツチできることになる。
たものである。このため、外部からバンドの曲がりを変
えるような電界を加えることで、電子ガスの厚さを制御
できる。たとえば十分に大きな逆バイアスをかけること
で電子ガスをなくすることができ、超伝導状態は存在で
きなくなる。したがつて、逆バイアスをON、OFFするこ
とで超伝導電流をスイツチできることになる。
なお、この例では接合を形成しただけで電子が界面に
たまつたような状態であつたが、外部からの電界によ
り、はじめて界面に電子がたまつて超伝導状態が得られ
るようにすることもできる。
たまつたような状態であつたが、外部からの電界によ
り、はじめて界面に電子がたまつて超伝導状態が得られ
るようにすることもできる。
また、上記実施例では接合した２つの材料の電子親和
度の違いを利用して接合界面付近に電子が過剰に存在す
る層を作ることで超伝導状態を得たが、接合する２つの
材料のイオン化エネルギーの違いを利用して、接合界面
付近にホールが過剰に存在する層すなわち電子が不足す
る層を作ることでも超伝導状態が得られる。この場合の
価電子バンドのバンドダイアグラムを第４図に示す。図
中、横軸は膜厚方向の距離、縦軸は電子のエネルギーを
表わす。Ａはイオン化エネルギーのより小さな材料、Ｂ
はイオン化エネルギーのより大きな材料を表わす。（1
1）はＡ、Ｂの接合界面、（12）は価電子バンドであ
り、ほどこした斜線は電子がつまつていることを模式的
に示している。（３）は界面にたまつたホールを表わ
す。EFはフエルミエネルギーである。この場合には、Ｂ
の側にドーピングあるいは欠陥の導入などによりフリー
ホールを生成する。そうするとイオン化エネルギーの違
いのため、このホールがＡの側に移り、先に示した実施
例同様、今度はホールガスができる。そうしてこの部分
が超伝導状態になる。
度の違いを利用して接合界面付近に電子が過剰に存在す
る層を作ることで超伝導状態を得たが、接合する２つの
材料のイオン化エネルギーの違いを利用して、接合界面
付近にホールが過剰に存在する層すなわち電子が不足す
る層を作ることでも超伝導状態が得られる。この場合の
価電子バンドのバンドダイアグラムを第４図に示す。図
中、横軸は膜厚方向の距離、縦軸は電子のエネルギーを
表わす。Ａはイオン化エネルギーのより小さな材料、Ｂ
はイオン化エネルギーのより大きな材料を表わす。（1
1）はＡ、Ｂの接合界面、（12）は価電子バンドであ
り、ほどこした斜線は電子がつまつていることを模式的
に示している。（３）は界面にたまつたホールを表わ
す。EFはフエルミエネルギーである。この場合には、Ｂ
の側にドーピングあるいは欠陥の導入などによりフリー
ホールを生成する。そうするとイオン化エネルギーの違
いのため、このホールがＡの側に移り、先に示した実施
例同様、今度はホールガスができる。そうしてこの部分
が超伝導状態になる。
また、電子親和度、イオン化エネルギーのどちらもが
異なる２つの材料を接合した場合も上記実施例と同様の
効果が得られるのは言うまでもない。
異なる２つの材料を接合した場合も上記実施例と同様の
効果が得られるのは言うまでもない。
さらに、絶縁体または半導体的な性質と、金属的な性
質と、超伝導体的な性質とを、組成比、温度、および欠
陥の量の違いに応じて示すような物質系にあつて絶縁体
または半導体的な性質を示している材料、例えば上述の
半導体状態のBaPb1-XBixO3に光や電子線等のビームを照
射することにより電子の過剰または不足を誘起して超伝
導状態を実現することもできる。
質と、超伝導体的な性質とを、組成比、温度、および欠
陥の量の違いに応じて示すような物質系にあつて絶縁体
または半導体的な性質を示している材料、例えば上述の
半導体状態のBaPb1-XBixO3に光や電子線等のビームを照
射することにより電子の過剰または不足を誘起して超伝
導状態を実現することもできる。
以上のように、この発明によれば、絶縁体または半導
体的な性質と、金属的な性質と、超伝導体的な性質と
を、組成比、温度、および欠陥の量の違いに応じて示す
ような物質系にあつて絶縁体または半導体的な性質を示
している酸化物からなる材料に外部から電子の過剰また
は不足を誘起して超伝導状態を実現する手段、すなわ
ち、電子親和度やイオン化エネルギーの異なる２種類の
材料を接合する、またはビームを照射する、を備えたの
で、超伝導電流を外部から制御できる超伝導体装置が得
られる効果がある。
体的な性質と、金属的な性質と、超伝導体的な性質と
を、組成比、温度、および欠陥の量の違いに応じて示す
ような物質系にあつて絶縁体または半導体的な性質を示
している酸化物からなる材料に外部から電子の過剰また
は不足を誘起して超伝導状態を実現する手段、すなわ
ち、電子親和度やイオン化エネルギーの異なる２種類の
材料を接合する、またはビームを照射する、を備えたの
で、超伝導電流を外部から制御できる超伝導体装置が得
られる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による超伝導体装置を示す
断面図、第２図は第１図に示した構造に対応する伝導バ
ンドのバンドダイアグラム示す特性図、第３図はBaPb
1-XBixO3の電子物性を示す状態図、第４図はこの発明の
他の実施例に係る価電子バンドのバンドダイアグラムを
示す特性図、第５図は従来の超伝導体装置の一例を説明
する特性図である。 図において、（１）はSrTiO3単結晶基板、（２）はBaPb
1-XBixO3層、（３）はBaPb1-yBiyO3- δ層、（11）は接
合界面、（12）は伝導（価電子）バンド、（13）は界面
にたまつた電子（ホール）である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。
断面図、第２図は第１図に示した構造に対応する伝導バ
ンドのバンドダイアグラム示す特性図、第３図はBaPb
1-XBixO3の電子物性を示す状態図、第４図はこの発明の
他の実施例に係る価電子バンドのバンドダイアグラムを
示す特性図、第５図は従来の超伝導体装置の一例を説明
する特性図である。 図において、（１）はSrTiO3単結晶基板、（２）はBaPb
1-XBixO3層、（３）はBaPb1-yBiyO3- δ層、（11）は接
合界面、（12）は伝導（価電子）バンド、（13）は界面
にたまつた電子（ホール）である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 児島 一良 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−283178（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−177573（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−53476（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】絶縁体または半導体的な性質と、金属的な
性質と、超伝導体的な性質とを、組成比、温度、および
欠陥の量の違いに応じて示すような酸化物からなる物質
系にあって絶縁体または半導体的な性質を示している第
１材料に、上記物質系にあって絶縁体または半導体的な
性質を示しており、第１材料より電子親和度の大きい第
２材料を接合し、両材料の接合界面付近の第２材料中に
電子の過剰を誘起して超伝導状態を実現する超伝導体装
置。 - 【請求項２】絶縁体または半導体的な性質と、金属的な
性質と、超伝導体的な性質とを、組成比、温度、および
欠陥の量の違いに応じて示すような酸化物からなる物質
系にあって絶縁体または半導体的な性質を示している第
１材料に、上記物質系にあって絶縁体または半導体的な
性質を示しており、第１材料よりイオン化エネルギーの
小さい第２材料を接合し、両材料の接合界面付近の第２
材料中に電子の不足を誘起して超伝導状態を実現する超
伝導体装置。 - 【請求項３】絶縁体または半導体的な性質と、金属的な
性質と、超伝導体的な性質とを、組成比、温度、および
欠陥の量の違いに応じて示すような酸化物からなる物質
系にあって絶縁体または半導体的な性質を示している材
料ヘビームを照射することにより電子の過剰または不足
を誘起して超伝導状態を実現する超伝導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62281624A JP2621245B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 超伝導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62281624A JP2621245B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 超伝導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01123486A JPH01123486A (ja) | 1989-05-16 |
| JP2621245B2 true JP2621245B2 (ja) | 1997-06-18 |
Family
ID=17641715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62281624A Expired - Lifetime JP2621245B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 超伝導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2621245B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2651143B2 (ja) * | 1987-01-19 | 1997-09-10 | 株式会社日立製作所 | 超伝導トランジスタ |
| JP2585269B2 (ja) * | 1987-05-15 | 1997-02-26 | 株式会社東芝 | 超伝導トランジスタ |
-
1987
- 1987-11-06 JP JP62281624A patent/JP2621245B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01123486A (ja) | 1989-05-16 |
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