JPH02277275A - 電子キヤリア無限層状構造酸化物超伝導体及びジョセフソン接合 - Google Patents
電子キヤリア無限層状構造酸化物超伝導体及びジョセフソン接合Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、従来の高温酸化物超伝導体とは異なった電流
伝達機構を持つ酸化物超伝導体に関する。
伝達機構を持つ酸化物超伝導体に関する。
金属系超伝導体は電子をキャリアとした超伝導体である
のに対して、Ｌａ系、Ｙ系などに代表される高温超伝導
体のキャリアはホールであると言われている。これに対
し、東大の十倉らは、電子をキャリアとする銅系酸化物
Ｎｄｔ、ｇ５Ｃｅ０．ｔ５ＣｕＯａ、ｅａを報告した。
のに対して、Ｌａ系、Ｙ系などに代表される高温超伝導
体のキャリアはホールであると言われている。これに対
し、東大の十倉らは、電子をキャリアとする銅系酸化物
Ｎｄｔ、ｇ５Ｃｅ０．ｔ５ＣｕＯａ、ｅａを報告した。
これについてはネーチャーＶｏＬ、 ３３７．２６ Ｊ
ａｎｕａｒｙ、１９８９ （Ｎａｔｕｒｅ ＶｏＬ、３
３７゜２６Ｊａｎ、１９８９）第３４５頁から第３４７
頁において詳しく論じられている。前述の物質の臨界温
度（Ｔｃ）は２４にで、従来の酸化物超伝導体に比べて
低いが本発明は他の系に電子キャリアを導入することで
Ｎｄ１．ａｓＣｅ０．ｔｓＣｕＯｓ、ｓ３よりもＴｃの
高い超伝導体を得られる可能性を示す。公知例では、Ｃ
ｕ−０二次元面のみを持つ酸化物ＮｄｚＣｕ（１４にＣ
ｅ’十をドープすることにより電子キャリアを導入した
が、本発明では公知の酸化物 Ｃａ０．ａｅＳｒ０．ｘ４ＣｕＯｚに三価の元素をドー
プシテ超伝導体を得た。
ａｎｕａｒｙ、１９８９ （Ｎａｔｕｒｅ ＶｏＬ、３
３７゜２６Ｊａｎ、１９８９）第３４５頁から第３４７
頁において詳しく論じられている。前述の物質の臨界温
度（Ｔｃ）は２４にで、従来の酸化物超伝導体に比べて
低いが本発明は他の系に電子キャリアを導入することで
Ｎｄ１．ａｓＣｅ０．ｔｓＣｕＯｓ、ｓ３よりもＴｃの
高い超伝導体を得られる可能性を示す。公知例では、Ｃ
ｕ−０二次元面のみを持つ酸化物ＮｄｚＣｕ（１４にＣ
ｅ’十をドープすることにより電子キャリアを導入した
が、本発明では公知の酸化物 Ｃａ０．ａｅＳｒ０．ｘ４ＣｕＯｚに三価の元素をドー
プシテ超伝導体を得た。
一方の超伝導体が電子をキャリアとし、他方の超伝導体
がホールをキャリアとするようなジョセフソン接合の公
知例はない。
がホールをキャリアとするようなジョセフソン接合の公
知例はない。
上記従来技術はＴｃが３０に以下で、ホールキャリアの
酸化物超伝導に比べて低い。
酸化物超伝導に比べて低い。
本発明の目的は液体窒素温度を超えるＴｃを持つ電子キ
ャリア超伝導体を提供することにある。
ャリア超伝導体を提供することにある。
本発明の他の目的は波動関数のエネルギレベルの異なる
二種類の超伝導体からなるジョセフソン接合を提供する
ことにある。
二種類の超伝導体からなるジョセフソン接合を提供する
ことにある。
上記目的を達成するため、Ｃｕ−０二次元面が積層した
結晶構造のＣａ０．ａｅＳｒ０．１ｎＣｕＯｚの二価の
Ｃａ、または、Ｓｒのサイトを三価の元素、例えば、Ｙ
や希土類などで置換したものである。金属超伝導体と異
なり、酸化物超伝導体では、これを構成している元素は
共有結合によって結晶構造を形作っている。従って、電
子は自由電子としての性格よりも、軌道電子としての性
格をより強く持つ。すなわち、電気伝導に寄与するのは
Ｃｕ−０面内の電子、または、ホールであり、ペロブス
カイト構造のＡサイトに位置するアルカリ土類や希土類
イオンは価電子を供給してＣｕの原子価を調節する役割
りのみを果している。本発明で母構造とした酸化物、Ｃ
ａ０．５６Ｓｒ０．１＋Ｃｕ０ｘのＣｕの原子価は二価
である。この状態ではＣｕ−０面内の電子は軌道上に束
縛されて動くことができず、絶縁体である。しかし、Ｃ
ｕの原子価が二価と三価の混合状態となってホールが導
入されるか、もしくは、−価と二価の混合状態となって
、電子が導入されると、超伝導特性を示すようになる。
結晶構造のＣａ０．ａｅＳｒ０．１ｎＣｕＯｚの二価の
Ｃａ、または、Ｓｒのサイトを三価の元素、例えば、Ｙ
や希土類などで置換したものである。金属超伝導体と異
なり、酸化物超伝導体では、これを構成している元素は
共有結合によって結晶構造を形作っている。従って、電
子は自由電子としての性格よりも、軌道電子としての性
格をより強く持つ。すなわち、電気伝導に寄与するのは
Ｃｕ−０面内の電子、または、ホールであり、ペロブス
カイト構造のＡサイトに位置するアルカリ土類や希土類
イオンは価電子を供給してＣｕの原子価を調節する役割
りのみを果している。本発明で母構造とした酸化物、Ｃ
ａ０．５６Ｓｒ０．１＋Ｃｕ０ｘのＣｕの原子価は二価
である。この状態ではＣｕ−０面内の電子は軌道上に束
縛されて動くことができず、絶縁体である。しかし、Ｃ
ｕの原子価が二価と三価の混合状態となってホールが導
入されるか、もしくは、−価と二価の混合状態となって
、電子が導入されると、超伝導特性を示すようになる。
本発明では前述の置換により、Ｃｕ−０面内に電子をキ
ャリアとして導入することにより超伝導体を得た。
ャリアとして導入することにより超伝導体を得た。
また、ジョセフソン接合を得るために電子キャリア超伝
導体（ｎ型）、絶縁体、ホールキャリア超伝導体（ｐ型
）の積層構造を作製した。このようなｐ−Ｉ−ｎ型接合
のジョセフソン接合は、従来のｎ−Ｉ−ｎ型接合のジョ
セフソン接合に比べて、高速のスイッチング特性をもつ
。
導体（ｎ型）、絶縁体、ホールキャリア超伝導体（ｐ型
）の積層構造を作製した。このようなｐ−Ｉ−ｎ型接合
のジョセフソン接合は、従来のｎ−Ｉ−ｎ型接合のジョ
セフソン接合に比べて、高速のスイッチング特性をもつ
。
Ｃａ、Ｓｒなどのアルカリ土類イオンは二価をとるが、
これを三価イオンで置換すると電荷の中性を保つためＣ
ｕの原子価が変り、これによってＣｕ−０面内に電子が
キャリアとして導入される。
これを三価イオンで置換すると電荷の中性を保つためＣ
ｕの原子価が変り、これによってＣｕ−０面内に電子が
キャリアとして導入される。
また、ｐ−Ｉ−ｎ型ジョセフソン接合を作製するとｐ型
超伝導体とｎ型超伝導体の波動関数のエネルギ準位が異
なり、これにより高速スイッチングが可能となる。
超伝導体とｎ型超伝導体の波動関数のエネルギ準位が異
なり、これにより高速スイッチングが可能となる。
以上、本発明の一実施例を説明する。第１図に示したの
が、本発明による超伝導体の結晶構造である１図中、Ａ
で示したのがアルカリ土類、または、三価イオン、Ｍ３
＋で、Ｂで示したのが遷移金属りである。
が、本発明による超伝導体の結晶構造である１図中、Ａ
で示したのがアルカリ土類、または、三価イオン、Ｍ３
＋で、Ｂで示したのが遷移金属りである。
本実施例ではアルカリ土類をＣａとＳｒとしてｘ＝０．
１４ とした場合の、Ｍ＝Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ。
１４ とした場合の、Ｍ＝Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ。
Ｎｄ、Ｍ＝Ｃｕ、Ｔｉとした例について説明する。
組成比をＧ０．ａａ−ｚＳｒ０．１ａＭｚＤＯｚとした
組成の焼結体を、ｚ＝０．１〜０．２５の範囲で作製し
た。作製条件は仮焼８５０°Ｃ，５時間、本焼成９７０
°Ｃ２１０時間、空気中とした。試料は本焼成終了後に
空気中で急冷した後、Ａｒ流中で７００℃、５時間のア
ニールを施した。
組成の焼結体を、ｚ＝０．１〜０．２５の範囲で作製し
た。作製条件は仮焼８５０°Ｃ，５時間、本焼成９７０
°Ｃ２１０時間、空気中とした。試料は本焼成終了後に
空気中で急冷した後、Ａｒ流中で７００℃、５時間のア
ニールを施した。
上記試料の比抵抗の温度変化を測定した結果を第２図、
第３図に示す。Ｔｃの最も高かったものは、Ｍ＝Ｙ、Ｄ
＝Ｃｕとした場合のＴｃ＝８７にであった。
第３図に示す。Ｔｃの最も高かったものは、Ｍ＝Ｙ、Ｄ
＝Ｃｕとした場合のＴｃ＝８７にであった。
第４図に（Ｃａ０．ａｅ−ｚｘｓｒ０．ｔ４）ＹｚＣｕ
Ｏｚの置換量Ｚと、これに対するＴｃの変化を示す、
ｚ：ｏｓでは、導電性は生じるが、比抵抗は温度下降と
ともに増大し半導体的である。Ｚ＝０．１から０．３の
組成では超伝導特性を示す、ＴｃはＺ＝０．２ まで
は上昇し、０．２から０．２５の間で、最高値のＴｃ＝
８７にとなる。Ｚ＝０．３ を超えるとＴｃは次第に
下降を始め、Ｚ＝０．３５ を超えると、第５図に示
した結晶構造が崩れてしまい、超伝導特性を示さなくな
った。
Ｏｚの置換量Ｚと、これに対するＴｃの変化を示す、
ｚ：ｏｓでは、導電性は生じるが、比抵抗は温度下降と
ともに増大し半導体的である。Ｚ＝０．１から０．３の
組成では超伝導特性を示す、ＴｃはＺ＝０．２ まで
は上昇し、０．２から０．２５の間で、最高値のＴｃ＝
８７にとなる。Ｚ＝０．３ を超えるとＴｃは次第に
下降を始め、Ｚ＝０．３５ を超えると、第５図に示
した結晶構造が崩れてしまい、超伝導特性を示さなくな
った。
また、本発明によるジョセフソン接合を作製した例を第
５図に示す。図中、４はＭｇＯ単結晶基板、５はｐ型超
伝導体層、６は絶縁体層、７はｎ型超伝導体層である。
５図に示す。図中、４はＭｇＯ単結晶基板、５はｐ型超
伝導体層、６は絶縁体層、７はｎ型超伝導体層である。
ｐ型超伝導体はＹＢａｚＣｕＯ７−δを、絶縁体にはＣ
ａＦを、また、ｎ型超伝導体には本発明による（Ｃａ０
．５ｘＹ０．ｚｓ）Ｓｒ０．ｔａＣｕＯｚを用いた。
ａＦを、また、ｎ型超伝導体には本発明による（Ｃａ０
．５ｘＹ０．ｚｓ）Ｓｒ０．ｔａＣｕＯｚを用いた。
第６図は、ｐ−１−ｎ型ジュセフソン接合のニー■特性
を測定した結果である。測定温度は液体窒素温度であっ
た。
を測定した結果である。測定温度は液体窒素温度であっ
た。
本発明によれば、液体窒素温度を超えるＴｃを持つ、電
子キャリア酸化物超伝導体を得ることができ、また、こ
れにより超伝導体のｐ−ｎ接合を得られる。
子キャリア酸化物超伝導体を得ることができ、また、こ
れにより超伝導体のｐ−ｎ接合を得られる。
また、ｐ−Ｉ−ｎ型ジョセフソン接合を得られ、液体窒
素温度で動作させることのできるｐ−Ｉ−ｎ型ジョセフ
ソン接合を得ることができる。
素温度で動作させることのできるｐ−Ｉ−ｎ型ジョセフ
ソン接合を得ることができる。
第１図は本発明の一実施例の酸化物超伝導体の結晶構造
の斜視図、第２図は本発明のよる酸化物超伝導体の比抵
抗−温度特性図、第３図は本発明のＤ ” Ｔ ｔの場
合について示した特性図、第４図は置換量Ｚとこれに対
するＴｃの変化を示す特性図、第５図は１本発明のジョ
セフソン接合の構造断面図、第６図は、本発明によるジ
ョセフソン接合の動作特性図である。 １・・・アルカリ土類または三価イオンＭ３＋、２・・
・遷移金属イオン、 ３・・・酸素イオン、 ４・・・ｐ型超伝導 第１図 第４図 第５図 第６図
の斜視図、第２図は本発明のよる酸化物超伝導体の比抵
抗−温度特性図、第３図は本発明のＤ ” Ｔ ｔの場
合について示した特性図、第４図は置換量Ｚとこれに対
するＴｃの変化を示す特性図、第５図は１本発明のジョ
セフソン接合の構造断面図、第６図は、本発明によるジ
ョセフソン接合の動作特性図である。 １・・・アルカリ土類または三価イオンＭ３＋、２・・
・遷移金属イオン、 ３・・・酸素イオン、 ４・・・ｐ型超伝導 第１図 第４図 第５図 第６図
Claims (5)
- １．｛（Ａ＿１＿＿＿ｘＢ＿ｘ）＿１＿＿＿ｚＭ＿ｚ｝
Ｄ＿ｗＯ＿ｙなる組成式によつて表わされる酸化物であ
つて、Ａ，Ｂは一種類または二種類以上のアルカリ土類
元素であつてＭは一種類以上の三価以上の価数をとる元
素、Ｄは遷移金属であることを特徴とする電子キャリア
無限層状構造酸化物超伝導体。 - ２．請求項１において、 前記アルカリ土類はＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒであ
り、三価以上の価数をとる元素Ｍは希土類、Ｙ，Ｓｃま
たはＡｌ，Ｔｌ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｇａ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｎ
，Ｐｂであり、遷移金属ＤはＣｕ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｃｏ，
Ｖであることを特徴とする電子キャリア無限層状構造酸
化物超伝導体。 - ３．請求項１または２において、 ｘ：０．０１〜０．５，ｚ＝０．０１〜０．５，ｖ：ｗ
＝１でありｙ＜２であることを特徴とする電子キャリア
無限層状構造酸化物超伝導体。 - ４．電子をキャリアとする超伝導体と、ホールをキャリ
アとする超伝導体を、絶縁体からなる障壁層を介して接
合させたことを特徴とするジョセフソン接合。 - ５．請求項４において、 前記電子をキャリアとする超伝導体とは、請求項１ない
し３において規定したものであることを特徴とするジョ
セフソン接合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1097341A JPH02277275A (ja) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | 電子キヤリア無限層状構造酸化物超伝導体及びジョセフソン接合 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1097341A JPH02277275A (ja) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | 電子キヤリア無限層状構造酸化物超伝導体及びジョセフソン接合 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02277275A true JPH02277275A (ja) | 1990-11-13 |
Family
ID=14189778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1097341A Pending JPH02277275A (ja) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | 電子キヤリア無限層状構造酸化物超伝導体及びジョセフソン接合 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02277275A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2676866A1 (fr) * | 1991-05-21 | 1992-11-27 | Rhone Poulenc Chimie | Compose supraconducteur a base de bismuth et de cobalt. |
| FR2678431A1 (fr) * | 1991-06-26 | 1992-12-31 | Rhone Poulenc Chimie | Compose supraconducteur a base de thallium et de cobalt. |
| WO2003019684A1 (en) * | 2001-08-22 | 2003-03-06 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | High-temperature superconducting josephson junction, superconducting electronic device having the same and method for forming high-temperature superconducting josephson junction |
| US6790675B2 (en) | 2002-03-26 | 2004-09-14 | International Superconductivity Technology Center | Josephson device and fabrication process thereof |
| MD174Z (ro) * | 2009-05-19 | 2010-10-31 | Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Академии Наук Молдовы | Material semiconductor |
| MD323Z (ro) * | 2009-12-29 | 2011-08-31 | Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Академии Наук Молдовы | Microfir termoelectric în izolaţie de sticlă |
-
1989
- 1989-04-19 JP JP1097341A patent/JPH02277275A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2676866A1 (fr) * | 1991-05-21 | 1992-11-27 | Rhone Poulenc Chimie | Compose supraconducteur a base de bismuth et de cobalt. |
| FR2678431A1 (fr) * | 1991-06-26 | 1992-12-31 | Rhone Poulenc Chimie | Compose supraconducteur a base de thallium et de cobalt. |
| WO2003019684A1 (en) * | 2001-08-22 | 2003-03-06 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | High-temperature superconducting josephson junction, superconducting electronic device having the same and method for forming high-temperature superconducting josephson junction |
| US6790675B2 (en) | 2002-03-26 | 2004-09-14 | International Superconductivity Technology Center | Josephson device and fabrication process thereof |
| MD174Z (ro) * | 2009-05-19 | 2010-10-31 | Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Академии Наук Молдовы | Material semiconductor |
| MD323Z (ro) * | 2009-12-29 | 2011-08-31 | Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Академии Наук Молдовы | Microfir termoelectric în izolaţie de sticlă |
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