JPH05267726A - 超伝導フィルム用ピニング構造およびその作成方法 - Google Patents
超伝導フィルム用ピニング構造およびその作成方法Info
- Publication number
- JPH05267726A JPH05267726A JP4340826A JP34082692A JPH05267726A JP H05267726 A JPH05267726 A JP H05267726A JP 4340826 A JP4340826 A JP 4340826A JP 34082692 A JP34082692 A JP 34082692A JP H05267726 A JPH05267726 A JP H05267726A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- superconducting
- pinning
- pinning structure
- gallium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 48
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 17
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 10
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- WTEOIRVLGSZEPR-UHFFFAOYSA-N boron trifluoride Chemical compound FB(F)F WTEOIRVLGSZEPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 claims description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KJXBRHIPHIVJCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)lanthanum Chemical compound O=[Al]O[La]=O KJXBRHIPHIVJCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N strontium titanate Chemical group [Sr+2].[O-][Ti]([O-])=O VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910015900 BF3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FQNHWXHRAUXLFU-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide;tungsten Chemical group [W].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-] FQNHWXHRAUXLFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N disilane Chemical compound [SiH3][SiH3] PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NXHILIPIEUBEPD-UHFFFAOYSA-H tungsten hexafluoride Chemical compound F[W](F)(F)(F)(F)F NXHILIPIEUBEPD-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 6
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims 5
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims 4
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims 3
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims 3
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims 3
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 claims 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N aluminium arsenide Chemical compound [As]#[Al] MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims 2
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- AQCDIIAORKRFCD-UHFFFAOYSA-N cadmium selenide Chemical compound [Cd]=[Se] AQCDIIAORKRFCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims 2
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims 2
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims 1
- IQAKAOAPBMJSGJ-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Y].[Ba] Chemical group [Cu].[Y].[Ba] IQAKAOAPBMJSGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- GMKBJSAFFAHVAA-UHFFFAOYSA-N bismuth calcium copper strontium oxygen(2-) Chemical compound [Cu+2].[O-2].[Ca+2].[Sr+2].[Bi+3] GMKBJSAFFAHVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims 1
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims 1
- ZDCILOBQBRQMEQ-UHFFFAOYSA-N copper barium(2+) oxygen(2-) yttrium(3+) Chemical compound [Cu+2].[Ba+2].[O-2].[Y+3] ZDCILOBQBRQMEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 claims 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- -1 tantalum barium calcium copper Chemical compound 0.000 claims 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 18
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017414 LaAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001257 Nb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004621 scanning probe microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
- H10N60/0828—Introducing flux pinning centres
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ピニング・サイトが所定数で所定の場所に分
布している超伝導デバイスを設計するため、高Tc超伝
導体用の新規なピニング構造、ならびにそのピニング構
造を作成する方法を提供すること。 【構成】 高Tc超伝導体用のピニング構造は、基板
と、ナノメートル級の寸法で、ナノメータ範囲の相互間
隔で上記基板の表面上に付着された複数の突起3と、上
記基板上に付着され、上記突起を超伝導マトリックス中
に埋め込んでいる超伝導フィルム4とを備える。突起
は、金属または半導体または絶縁体から構成される。
布している超伝導デバイスを設計するため、高Tc超伝
導体用の新規なピニング構造、ならびにそのピニング構
造を作成する方法を提供すること。 【構成】 高Tc超伝導体用のピニング構造は、基板
と、ナノメートル級の寸法で、ナノメータ範囲の相互間
隔で上記基板の表面上に付着された複数の突起3と、上
記基板上に付着され、上記突起を超伝導マトリックス中
に埋め込んでいる超伝導フィルム4とを備える。突起
は、金属または半導体または絶縁体から構成される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁束線の動きを案内す
るためのピニング構造を有する、低Tcおよび高Tc超
伝導材料の薄膜と、このようなピニング構造を所定の場
所に作成する方法に関する。本発明は、鉛、水銀、ニオ
ブ、アルミニウムなどの金属や、ニオブ合金たとえばN
b3Snなどの合金のような「従来型の」超伝導体、な
らびに、たとえばYBa2Cu2O7-δなどのペロブスカ
イト関連材料に適用可能である。また、たとえばBi2
Sr2Can-1CunOxやTl1...2Ba2Can-1CunO
xなどのより異方性の超伝導体の場合や、有機超伝導体
やフレレンス(fullerenes)にも関係がある。
るためのピニング構造を有する、低Tcおよび高Tc超
伝導材料の薄膜と、このようなピニング構造を所定の場
所に作成する方法に関する。本発明は、鉛、水銀、ニオ
ブ、アルミニウムなどの金属や、ニオブ合金たとえばN
b3Snなどの合金のような「従来型の」超伝導体、な
らびに、たとえばYBa2Cu2O7-δなどのペロブスカ
イト関連材料に適用可能である。また、たとえばBi2
Sr2Can-1CunOxやTl1...2Ba2Can-1CunO
xなどのより異方性の超伝導体の場合や、有機超伝導体
やフレレンス(fullerenes)にも関係がある。
【0002】
【従来の技術】第2種超伝導体の高磁界、高電流応用分
野では、渦をピニングし、それにより磁束のクリープま
たは磁束の流れが材料内で抵抗損失を起こすのを防止す
るのに、ピニング・サイトが必要なことがよく知られて
いる。臨界温度Tc以下では、いわゆるピニング・セン
タが、超伝導体が電気抵抗を示さずに支持できる、最大
電流密度を制御する。電流密度がこの「臨界」電流密度
Jcより高い場合、超伝導材料は抵抗があり、電圧Vが
超伝導体に沿って発生し得る。ピニング・センタの強度
は、超伝導材料中の自由電荷キャリアの濃度に依存し、
したがってたとえば印加される電界に応じてキャリア濃
度を変化させることにより制御可能である。この効果
は、欧州特許出願第91810006.6号に記載され
ている電界効果トランジスタで用いられている。
野では、渦をピニングし、それにより磁束のクリープま
たは磁束の流れが材料内で抵抗損失を起こすのを防止す
るのに、ピニング・サイトが必要なことがよく知られて
いる。臨界温度Tc以下では、いわゆるピニング・セン
タが、超伝導体が電気抵抗を示さずに支持できる、最大
電流密度を制御する。電流密度がこの「臨界」電流密度
Jcより高い場合、超伝導材料は抵抗があり、電圧Vが
超伝導体に沿って発生し得る。ピニング・センタの強度
は、超伝導材料中の自由電荷キャリアの濃度に依存し、
したがってたとえば印加される電界に応じてキャリア濃
度を変化させることにより制御可能である。この効果
は、欧州特許出願第91810006.6号に記載され
ている電界効果トランジスタで用いられている。
【0003】ピニング・センタ生成の際の欠陥の候補と
しては、点欠陥、線欠陥、面欠陥、3次元包含物があ
る。高Tc超伝導体のコヒーレンス長が短いので、後二
者の欠陥ピニング・センタは、電流の流れが使用できる
面積をかなり減少させることにより、臨界電流をひどく
低下させる可能性がある。
しては、点欠陥、線欠陥、面欠陥、3次元包含物があ
る。高Tc超伝導体のコヒーレンス長が短いので、後二
者の欠陥ピニング・センタは、電流の流れが使用できる
面積をかなり減少させることにより、臨界電流をひどく
低下させる可能性がある。
【0004】超伝導体の動作が散逸的とならないために
は、熱エネルギー(kBT)より著しく大きなピニング
・エネルギーが必要である。高Tc超伝導体におけるピ
ニング・エネルギーの測定から、異方性(ξab/ξc)
の増大に応じてピニング・エネルギーが減少することが
判明している。このことから、異方性高Tc超伝導体を
中庸温度(すなわちTcのスケールで中程度)で高磁界
中で使用することは実用的でないと結論される。(T.
T.M.パルストラ(Palstra)等の論文 "Role of ani
sotropy in the dissipative behavior of high-temper
ature superconductors"、(Phys.Rev. B. Vol. 43、N
o. 4(1991)、pp.3756〜3759参照)。この結論は、点欠
陥が主要なピニング・サイトとなっていると考えられ
る、高Tc超伝導体化合物のバルク成長単結晶における
ピニング・エネルギーの測定に基づいている。
は、熱エネルギー(kBT)より著しく大きなピニング
・エネルギーが必要である。高Tc超伝導体におけるピ
ニング・エネルギーの測定から、異方性(ξab/ξc)
の増大に応じてピニング・エネルギーが減少することが
判明している。このことから、異方性高Tc超伝導体を
中庸温度(すなわちTcのスケールで中程度)で高磁界
中で使用することは実用的でないと結論される。(T.
T.M.パルストラ(Palstra)等の論文 "Role of ani
sotropy in the dissipative behavior of high-temper
ature superconductors"、(Phys.Rev. B. Vol. 43、N
o. 4(1991)、pp.3756〜3759参照)。この結論は、点欠
陥が主要なピニング・サイトとなっていると考えられ
る、高Tc超伝導体化合物のバルク成長単結晶における
ピニング・エネルギーの測定に基づいている。
【0005】高Tc超伝導体のエピタキシャル・フィル
ムは、77Kで約6×106A/cm2という非常に大き
な臨界電流密度をもつことが知られている。チョーダリ
(Chaudhari) 等は、"Earlier and Recent Aspects of
Superconductivity"、Springer Series in Solid-State
Sciences)、Vol.90、シュプリンガー出版、ベルリン、
1990年、pp.201〜207で、このような大きさの電流密度で
は、磁束量子用の強力なピニング・センタが必要なこと
を指摘している。上記の著者達は、ピニング・センタが
転位場所に存在することを示唆した。
ムは、77Kで約6×106A/cm2という非常に大き
な臨界電流密度をもつことが知られている。チョーダリ
(Chaudhari) 等は、"Earlier and Recent Aspects of
Superconductivity"、Springer Series in Solid-State
Sciences)、Vol.90、シュプリンガー出版、ベルリン、
1990年、pp.201〜207で、このような大きさの電流密度で
は、磁束量子用の強力なピニング・センタが必要なこと
を指摘している。上記の著者達は、ピニング・センタが
転位場所に存在することを示唆した。
【0006】エピタキシャルYBa2Cu3O7-δ材料を
走査型トンネル電子顕微鏡で撮影することにより、C
h.ゲルバー (Gerber) 等は、"Screw dislocations in
high-Tc films" 、Nature、 Vol.350(1991)、pp279〜28
0で、密度が約109/cm2のらせん転位を観察した。
こうしたらせん転位の濃度は、基板中の濃度より3〜4
桁高く、高い転位密度が、スパッタされた高Tc超伝導
フィルムに固有の特性であることを示唆している。
走査型トンネル電子顕微鏡で撮影することにより、C
h.ゲルバー (Gerber) 等は、"Screw dislocations in
high-Tc films" 、Nature、 Vol.350(1991)、pp279〜28
0で、密度が約109/cm2のらせん転位を観察した。
こうしたらせん転位の濃度は、基板中の濃度より3〜4
桁高く、高い転位密度が、スパッタされた高Tc超伝導
フィルムに固有の特性であることを示唆している。
【0007】アンセルメッティ (Anselmetti) 等は、欧
州特許出願第91810470.4号明細書で、超伝導
層の成長パラメータを適当に変えることにより、高Tc
超伝導体における転位密度を増加させる方法を教示して
いる。彼らの提案は、ピニング・サイトの数に有利な影
響を及ぼすが、形成されつつある超伝導層の特性を危険
にさらすことなく、成長パラメータを変化させることが
できるのはごく狭い範囲なので、限界がある。また、ピ
ニング・サイトの材料内での最終分布はランダムであ
り、それを所定の場所に配置する方法に関する示唆は開
示されていない。
州特許出願第91810470.4号明細書で、超伝導
層の成長パラメータを適当に変えることにより、高Tc
超伝導体における転位密度を増加させる方法を教示して
いる。彼らの提案は、ピニング・サイトの数に有利な影
響を及ぼすが、形成されつつある超伝導層の特性を危険
にさらすことなく、成長パラメータを変化させることが
できるのはごく狭い範囲なので、限界がある。また、ピ
ニング・サイトの材料内での最終分布はランダムであ
り、それを所定の場所に配置する方法に関する示唆は開
示されていない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】超伝導フィルムの高い
電流密度を許容できる能力が、ピニング・サイトの数お
よび密度に依存することを考慮して、本発明の一目的
は、ピニング・サイトの数を増加させ、それを所定の場
所に位置決めして、超伝導材料の電流密度許容性を最適
にする方法を教示することにある。
電流密度を許容できる能力が、ピニング・サイトの数お
よび密度に依存することを考慮して、本発明の一目的
は、ピニング・サイトの数を増加させ、それを所定の場
所に位置決めして、超伝導材料の電流密度許容性を最適
にする方法を教示することにある。
【0009】本発明のもう1つの目的は、従来技術の欠
点を克服し、ピニング・サイトが所定数で所定の場所に
分布している超伝導デバイスを設計するため、高Tc超
伝導体用の新規なピニング構造、ならびにそのピニング
構造を作成する方法を提供することにある。
点を克服し、ピニング・サイトが所定数で所定の場所に
分布している超伝導デバイスを設計するため、高Tc超
伝導体用の新規なピニング構造、ならびにそのピニング
構造を作成する方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
非超伝導性の突起形状を、超伝導フィルムを担持しよう
とする基板上に人工的に形成し、後で、これらの突起
を、それがピニング・サイトとして働く対象となる超伝
導薄膜に埋め込むことを提案している。これらの突起が
とる形状は特に重要ではなく、その作成方法に応じて、
球やほぼ円柱の形状をとる。いずれにせよ、それらの突
起の高さを、それを埋め込もうとする超伝導層の厚さま
でに制限することがその狙いである。これらの突起は、
埋め込んだ後は、超伝導フィルム中の包含物と見なすこ
とができる。
非超伝導性の突起形状を、超伝導フィルムを担持しよう
とする基板上に人工的に形成し、後で、これらの突起
を、それがピニング・サイトとして働く対象となる超伝
導薄膜に埋め込むことを提案している。これらの突起が
とる形状は特に重要ではなく、その作成方法に応じて、
球やほぼ円柱の形状をとる。いずれにせよ、それらの突
起の高さを、それを埋め込もうとする超伝導層の厚さま
でに制限することがその狙いである。これらの突起は、
埋め込んだ後は、超伝導フィルム中の包含物と見なすこ
とができる。
【0011】適当な基板上に突起を作成することは、通
常の付着技法で行うことができる。たとえば、非常に様
々なエピタキシャル法が使用でき、当分野の専門家なら
それをリソグラフィ法と併用して、所望のどんな種類の
突起でも形成できる。走査型トンネル顕微鏡の制御下
で、またはレーザ支援技法を使って付着を行う場合に
は、寸法がナノメートル級の支柱をナノメートル範囲の
相互間隔で、すなわち非常に高密度で生成することが可
能になる。好都合なことに、有機気体化合物を含めて、
気体金属含有化合物の分解により、支柱が作成できる。
常の付着技法で行うことができる。たとえば、非常に様
々なエピタキシャル法が使用でき、当分野の専門家なら
それをリソグラフィ法と併用して、所望のどんな種類の
突起でも形成できる。走査型トンネル顕微鏡の制御下
で、またはレーザ支援技法を使って付着を行う場合に
は、寸法がナノメートル級の支柱をナノメートル範囲の
相互間隔で、すなわち非常に高密度で生成することが可
能になる。好都合なことに、有機気体化合物を含めて、
気体金属含有化合物の分解により、支柱が作成できる。
【0012】この種の有用な技法は、たとえば、欧州特
許出願第0166308号および欧州特許出願第019
6346号ならびにM.A.マッコード (McCord) 等の
論文"Direct Deposition of 10-nm Metallic Features
with the Scanning Tunneling Microscope"、J. Vac. S
ci. Technol. B6(6)、1988年11月/12月、pp.1877以下、
E.E.エーリッヒス (Ehrichs) 等の論文"Direct Wir
ing with the Scanning Tunneling Microscope"、J. Va
c. Sci. Technol. A6(6)、1988年3月/4月、pp.540以
下、R.M.オズグッド (Osgood) 等の論文"Laser-Ind
uced Chemistry for Microelectronics"、Science、Vo
l.277(1985)、No.4688、pp.709〜714に記載されている。
許出願第0166308号および欧州特許出願第019
6346号ならびにM.A.マッコード (McCord) 等の
論文"Direct Deposition of 10-nm Metallic Features
with the Scanning Tunneling Microscope"、J. Vac. S
ci. Technol. B6(6)、1988年11月/12月、pp.1877以下、
E.E.エーリッヒス (Ehrichs) 等の論文"Direct Wir
ing with the Scanning Tunneling Microscope"、J. Va
c. Sci. Technol. A6(6)、1988年3月/4月、pp.540以
下、R.M.オズグッド (Osgood) 等の論文"Laser-Ind
uced Chemistry for Microelectronics"、Science、Vo
l.277(1985)、No.4688、pp.709〜714に記載されている。
【0013】本発明は、所定数の包含物および関連する
ピニング・センタを超伝導材料の格子内の所定の場所に
含んでいる超伝導体のピニング構造であって、結晶質基
板が結晶面を有し、上記結晶面が非超伝導材料からなる
複数の突起を所定の場所に担持し、上記突起がナノメー
トル級の寸法で、縦軸があればそれが上記結晶面に対し
て垂直の方向を向き、上記突起担持基板上に超伝導材料
のフィルムが付着され、上記複数の突起が、上記基板表
面に形成された超伝導フィルムのマトリックス中に埋め
込まれていることを特徴とする、ピニング構造を対象と
している。
ピニング・センタを超伝導材料の格子内の所定の場所に
含んでいる超伝導体のピニング構造であって、結晶質基
板が結晶面を有し、上記結晶面が非超伝導材料からなる
複数の突起を所定の場所に担持し、上記突起がナノメー
トル級の寸法で、縦軸があればそれが上記結晶面に対し
て垂直の方向を向き、上記突起担持基板上に超伝導材料
のフィルムが付着され、上記複数の突起が、上記基板表
面に形成された超伝導フィルムのマトリックス中に埋め
込まれていることを特徴とする、ピニング構造を対象と
している。
【0014】さらに、本発明は、超伝導材料中に所定数
の包含物を導入し、超伝導材料の格子内の所定の場所に
関連するピニング・センタを導入することにより、超伝
導体中にピニング構造を作成する方法であって、超伝導
材料をエピタキシャル成長させる結晶面(2)を有する
結晶質構造を設け、上記基板の所定の場所に、ナノメー
トル級の寸法をもち、縦軸があればそれが上記結晶面に
対して垂直の方向に向いた、非超伝導材料からなる複数
の突起を付着させ、上記基板上に超伝導フィルムを付着
させ、上記突起を上記基板表面上に形成しつつある超伝
導フィルムのマトリックス中に埋め込むことを特徴とす
る方法に関する。
の包含物を導入し、超伝導材料の格子内の所定の場所に
関連するピニング・センタを導入することにより、超伝
導体中にピニング構造を作成する方法であって、超伝導
材料をエピタキシャル成長させる結晶面(2)を有する
結晶質構造を設け、上記基板の所定の場所に、ナノメー
トル級の寸法をもち、縦軸があればそれが上記結晶面に
対して垂直の方向に向いた、非超伝導材料からなる複数
の突起を付着させ、上記基板上に超伝導フィルムを付着
させ、上記突起を上記基板表面上に形成しつつある超伝
導フィルムのマトリックス中に埋め込むことを特徴とす
る方法に関する。
【0015】
【実施例】本発明は、一般に、そのうちのいくつかを上
記で挙げた、ある種の金属および若干の合金によって代
表される「従来型の」超伝導体、ならびにペロブスカイ
ト型の「高Tc」セラミック酸化物超伝導体に適用可能
であるが、以下の説明では、その現在における重要性を
鑑みて、また説明をできるだけ簡単にするために、後者
を中心に扱うことにする。超伝導技術の専門家なら、類
推するのに問題はないはずである。
記で挙げた、ある種の金属および若干の合金によって代
表される「従来型の」超伝導体、ならびにペロブスカイ
ト型の「高Tc」セラミック酸化物超伝導体に適用可能
であるが、以下の説明では、その現在における重要性を
鑑みて、また説明をできるだけ簡単にするために、後者
を中心に扱うことにする。超伝導技術の専門家なら、類
推するのに問題はないはずである。
【0016】大部分の場合、格子欠陥をできるだけ避け
るため、その格子定数が超伝導材料の格子定数に妥当に
近い材料から構成されている、結晶質基板1の(10
0)面2上に、高Tc超伝導材料をエピタキシャル成長
させる。最も普通の基板材料は、チタン酸ストロンチウ
ムSrTiO3である。その他の可能な基板材料には、
ルテニウム酸ストロンチウムSr2RuO4、酸化マグネ
シウムMgO、酸化ランタンアルミニウムLaAl
O3、酸化ランタンガリウムLaGaO3などがある。
るため、その格子定数が超伝導材料の格子定数に妥当に
近い材料から構成されている、結晶質基板1の(10
0)面2上に、高Tc超伝導材料をエピタキシャル成長
させる。最も普通の基板材料は、チタン酸ストロンチウ
ムSrTiO3である。その他の可能な基板材料には、
ルテニウム酸ストロンチウムSr2RuO4、酸化マグネ
シウムMgO、酸化ランタンアルミニウムLaAl
O3、酸化ランタンガリウムLaGaO3などがある。
【0017】高Tc超伝導材料は、YBa2Cu307-δ
とより異方性のたとえばBi2Sr2Can-1CunOxや
Ti1…2Ba2Can-1Cu2Oxを含む群から選択でき
る。これらの例で、0≦δ≦1、2≦n≦6、5≦x≦
9である。適切な超伝導材料の他の例は、後述する表に
示す。
とより異方性のたとえばBi2Sr2Can-1CunOxや
Ti1…2Ba2Can-1Cu2Oxを含む群から選択でき
る。これらの例で、0≦δ≦1、2≦n≦6、5≦x≦
9である。適切な超伝導材料の他の例は、後述する表に
示す。
【0018】図1を参照すると、本発明は、基板1の作
成から始まり、その表面2上に、まず既知のいずれかの
付着法を用いて、非超伝導材料の突起(すなわち支柱)
3を付着させる。支柱3は、金属または半導体材料また
は絶縁体材料からなるものでよい。比較的非超伝導性の
材料、すなわち上に重ねる超伝導材料と異なる臨界温度
Tcをもつ超伝導材料の支柱を作成することを考えても
よい。
成から始まり、その表面2上に、まず既知のいずれかの
付着法を用いて、非超伝導材料の突起(すなわち支柱)
3を付着させる。支柱3は、金属または半導体材料また
は絶縁体材料からなるものでよい。比較的非超伝導性の
材料、すなわち上に重ねる超伝導材料と異なる臨界温度
Tcをもつ超伝導材料の支柱を作成することを考えても
よい。
【0019】支柱3を作成する好ましい方法は、鋭く尖
らせたトンネル・ティップから放出される電子ビームに
よって解離し得る、分解可能な金属含有気体で満たした
(たとえば、欧州特許出願第0178336号明細書に
記載されているような)真空チェンバに基板を入れるス
テップを含んでいる。
らせたトンネル・ティップから放出される電子ビームに
よって解離し得る、分解可能な金属含有気体で満たした
(たとえば、欧州特許出願第0178336号明細書に
記載されているような)真空チェンバに基板を入れるス
テップを含んでいる。
【0020】金属支柱3を付着させるのに有用な気体の
例は、トリメチルアルミニウムAl(CH3)3、六フッ
化タングステンWF6、タングステンヘキサカルボニル
W(Co)6、ニッケルヘキサカルボニルNi(C
O)6、三フッ化ホウ素BF3、ジシランSi2H6、アル
シンAsH3などである。これらの気体はそれぞれ特有
の解離エネルギーをもち、トンネル装置のパラメータ
は、使用する気体の解離エネルギーが妥当な近さで一致
するように調節する。もちろん、支柱3の付着に2種以
上の気体の組合せを使って、最終的には、使用する金属
の合金から支柱が構成されるようにしてもよい。使用可
能であるが、もちろん異なる付着技法を必要とする他の
金属には、金、銀、ニオブ、鉄、コバルトがある。
例は、トリメチルアルミニウムAl(CH3)3、六フッ
化タングステンWF6、タングステンヘキサカルボニル
W(Co)6、ニッケルヘキサカルボニルNi(C
O)6、三フッ化ホウ素BF3、ジシランSi2H6、アル
シンAsH3などである。これらの気体はそれぞれ特有
の解離エネルギーをもち、トンネル装置のパラメータ
は、使用する気体の解離エネルギーが妥当な近さで一致
するように調節する。もちろん、支柱3の付着に2種以
上の気体の組合せを使って、最終的には、使用する金属
の合金から支柱が構成されるようにしてもよい。使用可
能であるが、もちろん異なる付着技法を必要とする他の
金属には、金、銀、ニオブ、鉄、コバルトがある。
【0021】走査型顕微鏡法の分野の専門家なら、気体
を充填した真空チェンバ内部で、トンネル・チップを、
基板1の表面2上の支柱3を生成しようとするスポット
の上方に配置すること、およびトンネル・ギャップの両
側に電位を印加することが分かるはずである。気相から
の付着が直径の非常に小さなチップを使って行われるた
めに、生成される支柱も非常に細く、すなわちナノメー
トルの範囲にある。チップを基板1の表面2上でXY変
位させることにより、特定の応用分野で必要とされる、
支柱3の密なパターンを作成することができる。
を充填した真空チェンバ内部で、トンネル・チップを、
基板1の表面2上の支柱3を生成しようとするスポット
の上方に配置すること、およびトンネル・ギャップの両
側に電位を印加することが分かるはずである。気相から
の付着が直径の非常に小さなチップを使って行われるた
めに、生成される支柱も非常に細く、すなわちナノメー
トルの範囲にある。チップを基板1の表面2上でXY変
位させることにより、特定の応用分野で必要とされる、
支柱3の密なパターンを作成することができる。
【0022】上記の支柱のレーザ支援付着にも、同様の
原則が有効であり、したがって、ここではそのより詳し
い説明は不要と思われる。また、当分野の専門家なら、
半導体材料や絶縁体材料の支柱を作成する方法を知って
いるはずである。
原則が有効であり、したがって、ここではそのより詳し
い説明は不要と思われる。また、当分野の専門家なら、
半導体材料や絶縁体材料の支柱を作成する方法を知って
いるはずである。
【0023】支柱3のパターンの作成完了後、標準の成
長技法により、超伝導フィルム4を同じ基板1上に付着
させる。その結果、非超伝導体支柱3が超伝導マトリッ
クス中に埋め込まれる。支柱3は、非超伝導性であると
同時に直径が非常に小さいので、超伝導フィルム4の表
面に対し垂直な方向を向いた、磁束量子にとってすぐれ
たピニング・サイトを形成する。
長技法により、超伝導フィルム4を同じ基板1上に付着
させる。その結果、非超伝導体支柱3が超伝導マトリッ
クス中に埋め込まれる。支柱3は、非超伝導性であると
同時に直径が非常に小さいので、超伝導フィルム4の表
面に対し垂直な方向を向いた、磁束量子にとってすぐれ
たピニング・サイトを形成する。
【0024】高Tc銅酸化物類の超伝導材料の発見以
来、多くの化合物が調査されて来た。これまでのところ
最良と考えられている材料は、YBa2Cu3O7-δであ
る。次表に、本発明に関して使用できるその他の材料
(上記で挙げたものを含めて)を、その説明が出ている
それぞれの参照文献と共に示す。 超伝導体の組成 参照文献 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− Tl−Ba−Ca−CuO 欧州特許出願第0332309号明細書 Tl−Ba−Ca−Y−CuO 欧州特許出願第0368210号明細書 Bi−Sr−Ca−CuO 欧州特許出願第0332291号明細書 欧州特許出願第0362000号明細書 欧州特許出願第0366510号明細書 Bi−Pb−Sr−Ba−CuO 欧州特許出願第0348896号明細書 Bi−Pb−Sr−Ca−CuO 欧州特許出願第0400666号明細書 La−Y−Bi−Sr−CuO 欧州特許出願第0287810号明細書 Eu−Ba−CuO 欧州特許出願第0310246号明細書 Yb−Ba−CuO 欧州特許出願第0310247号明細書 Sr−La−CuO 欧州特許出願第0301958号明細書
来、多くの化合物が調査されて来た。これまでのところ
最良と考えられている材料は、YBa2Cu3O7-δであ
る。次表に、本発明に関して使用できるその他の材料
(上記で挙げたものを含めて)を、その説明が出ている
それぞれの参照文献と共に示す。 超伝導体の組成 参照文献 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− Tl−Ba−Ca−CuO 欧州特許出願第0332309号明細書 Tl−Ba−Ca−Y−CuO 欧州特許出願第0368210号明細書 Bi−Sr−Ca−CuO 欧州特許出願第0332291号明細書 欧州特許出願第0362000号明細書 欧州特許出願第0366510号明細書 Bi−Pb−Sr−Ba−CuO 欧州特許出願第0348896号明細書 Bi−Pb−Sr−Ca−CuO 欧州特許出願第0400666号明細書 La−Y−Bi−Sr−CuO 欧州特許出願第0287810号明細書 Eu−Ba−CuO 欧州特許出願第0310246号明細書 Yb−Ba−CuO 欧州特許出願第0310247号明細書 Sr−La−CuO 欧州特許出願第0301958号明細書
【0025】たとえば、薄いYBa2Cu3O7-δフィル
ム(0≦δ≦1)は、通常の製法、直流陰極マグネトロ
ン・スパッタリングまたはレーザ・アブレーションのい
ずれかによって成長させることが好ましい。スパッタさ
れたフィルムは、転位密度が1〜50×105/cm2の
ドーピングなしのまたはNbでドープしたSrTiO3
基板の(100)面など、原子的に平坦な研磨した低屈
折率の表面上に成長させることができる。スパッタ速度
は、0.01〜0.5nm/sの成長速度に対応する1
50〜180Vおよび260〜500mAの間でプラズ
マ放電を調節することによって変えられるが、それ以外
のスパッタ・パラメータは、ヒータ・ブロック温度75
0℃、全周囲圧(Ar/O2=2:1)0.87ミリバ
ール、成長後冷却が0.5バールのO2零囲気中で約1
時間と、一定値に保つ。
ム(0≦δ≦1)は、通常の製法、直流陰極マグネトロ
ン・スパッタリングまたはレーザ・アブレーションのい
ずれかによって成長させることが好ましい。スパッタさ
れたフィルムは、転位密度が1〜50×105/cm2の
ドーピングなしのまたはNbでドープしたSrTiO3
基板の(100)面など、原子的に平坦な研磨した低屈
折率の表面上に成長させることができる。スパッタ速度
は、0.01〜0.5nm/sの成長速度に対応する1
50〜180Vおよび260〜500mAの間でプラズ
マ放電を調節することによって変えられるが、それ以外
のスパッタ・パラメータは、ヒータ・ブロック温度75
0℃、全周囲圧(Ar/O2=2:1)0.87ミリバ
ール、成長後冷却が0.5バールのO2零囲気中で約1
時間と、一定値に保つ。
【0026】高い空間分解能が既知の技法を用いて達成
できるので、複数の基本的ピニング支柱3を非常に小さ
い面積上の磁束線用に製造し、それをよく制御された形
で所与の基板1上のどこにでも配置することが可能にな
る。このように設計された構造は、図3に示すように、
磁束線を案内することが可能である。超伝導フィルム4
を支柱3が貫通している領域では、磁束線5が、支柱3
への強いピニングによって定位置に保持される。これら
の領域の間では、磁束線5は強いピニングの領域によっ
て案内されて、自由に移動することができる。
できるので、複数の基本的ピニング支柱3を非常に小さ
い面積上の磁束線用に製造し、それをよく制御された形
で所与の基板1上のどこにでも配置することが可能にな
る。このように設計された構造は、図3に示すように、
磁束線を案内することが可能である。超伝導フィルム4
を支柱3が貫通している領域では、磁束線5が、支柱3
への強いピニングによって定位置に保持される。これら
の領域の間では、磁束線5は強いピニングの領域によっ
て案内されて、自由に移動することができる。
【0027】以上の構造は、磁束線をジョセフソン伝送
線に注入し、またはメモリ応用分野で磁束線を記憶域に
移動させるのに、あるいは他の同様な目的に使用でき
る。さらに、図4に示すように、非超伝導性の微細形状
を使って、ナノメートル規模の超伝導マイクロブリッジ
6を製造することもできる。超伝導オリフィス7の長さ
と幅を、使用する高Tc化合物の超伝導コヒーレンス長
と同程度にすることが可能なので、高Tc材料からなる
こうしたマイクロブリッジは、全ての高Tcジョセフソ
ン接合としても使用できる。
線に注入し、またはメモリ応用分野で磁束線を記憶域に
移動させるのに、あるいは他の同様な目的に使用でき
る。さらに、図4に示すように、非超伝導性の微細形状
を使って、ナノメートル規模の超伝導マイクロブリッジ
6を製造することもできる。超伝導オリフィス7の長さ
と幅を、使用する高Tc化合物の超伝導コヒーレンス長
と同程度にすることが可能なので、高Tc材料からなる
こうしたマイクロブリッジは、全ての高Tcジョセフソ
ン接合としても使用できる。
【図1】本発明による、その上に支柱を成長させた基板
の断面図である。
の断面図である。
【図2】図1の支柱担持基板上に付着された、超伝導フ
ィルムの断面図である。
ィルムの断面図である。
【図3】磁束線の移動経路が本発明の支柱によって規定
される、高Tc超伝導フィルムの上面図である。
される、高Tc超伝導フィルムの上面図である。
【図4】本発明のジョセフソン接合への応用例を示す図
である。
である。
1 基板 2 基板表面 3 支柱 4 超伝導フィルム 5 磁束線 6 超伝導マイクロブリッジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 39/24 ZAA Z 8728−4M (72)発明者 マンハルト・ヨーヒェン ドイツ連邦共和国シー・エイチ−8800、タ ールヴィル、アルテ・ラントシュトラーセ
Claims (12)
- 【請求項1】所定数の包含物および関連するピニング・
センタが超伝導材料の格子内の所定の場所に設けられて
いる超伝導体のピニング構造であって、 結晶質基板が結晶面を有し、上記結晶面が所定の場所に
非超伝導材料からなる複数の突起を有し、上記突起が、
ナノメートル級の寸法で、縦軸があればそれが上記結晶
面に対して垂直の方向に向き、上記の突起を有する基板
上に超伝導材料のフィルムが付着され、上記の複数の突
起が上記基板表面上に形成された超伝導フィルムのマト
リックス中に埋め込まれている、上記ピニング構造。 - 【請求項2】上記基板が、チタン酸ストロンチウムSr
TiO3、ルテニウム酸ストロンチウムSr2RuO4、
酸化マグネシウムMgO、酸化ランタンアルミニウムL
aAlO3および酸化ランタンガリウムLaGaO3から
成る群のうちの1つの材料から構成されることを特徴と
する、請求項1のピニング構造。 - 【請求項3】上記突起が、金、銀、ニオブ、鉄、コバル
ト、アルミニウム、タングステン、ニッケル、ホウ素、
ヒ素およびそれらの合金から成る群のうちの1つの導電
材料から構成されることを特徴とする、請求項1のピニ
ング構造。 - 【請求項4】上記突起が、シリコン、セレン、テルル、
シリコン・カーバイドSiC、ガリウムヒ素GaAs、
ガリウム・アルミニウム・ヒ素GaAlAs、ガリウム
・リンGaP、インジウム・リンInP、ガリウム・ア
ンチモンGaSb、インジウム・アンチモンInSb、
カドミウム・セレンCdSeおよびジンク・セレンZn
Seから成る群のうちの半導体材料から構成されること
を特徴とする、請求項1のピニング構造。 - 【請求項5】上記突起が、二酸化シリコンSiO2、一
酸化シリコンSiO、窒化ホウ素BN、窒化シリコンS
i3N4および酸化アルミニウムAl2O3からなる群のう
ちの1つの絶縁材料から構成されることを特徴とする、
請求項1のピニング構造。 - 【請求項6】突起担持基板上に付着された超伝導フィル
ムが、酸化イットリウムバリウム銅YBa2Cu3O7-δ
(0≦δ≦1)、酸化ビスマスストロンチウムカルシウ
ム銅Bi2Sr2Can-1CunOxおよび酸化タンタルバ
リウムカルシウム銅Tl1...2Ba2Can-1CunO
x(2≦n≦6、5≦X≦9)およびTlBa2(Ca
0.9Y0.1)3Cu4O11からなる群のうちの1つの化合物
から構成されることを特徴とする、請求項1のピニング
構造。 - 【請求項7】所定数の包含物を超伝導材料中に導入し、
超伝導材料の格子内の所定の場所に関連するピニング・
センタを導入することにより、高Tc超伝導体中にピニ
ング構造を作成する方法であって、 超伝導材料をその上にエピタキシャル成長させるべき結
晶面を有する結晶質構造を設けることと、 上記基板の表面上の所定の場所に、ナノメートル級の寸
法で、縦軸があればそれが上記表面に対し垂直の方向に
向いた、非超伝導材料からなる複数の突起を付着するこ
とと、 同じ突起担持基板上に超伝導フィルムを、上記突起が上
記基板表面上に形成されつつある超伝導フィルムのマト
リックス中に埋め込まれるように付着する上記方法。 - 【請求項8】基板材料が、チタン酸ストロンチウムSr
TiO3、ルテニウム酸ストロンチウムSr2RuO4、
酸化マグネシウムMgO、酸化ランタンアルミニウムL
aAlO3および酸化ランタンガリウムLaGaO3から
なる群から選択されることを特徴とする、請求項7の方
法。 - 【請求項9】上記突起用材料の付着が、基板表面の複数
の所定場所からトンネル距離の所に位置するトンネル・
チップを用いた、金属含有気体雰囲気の解離によること
を特徴とする、請求項7の方法。 - 【請求項10】上記突起の付着材料に用いられる気体
が、トリメチルアルミニウムAl(CH3)3、六フッ化
タングステンWF6、タングステンヘキサカルボニルW
(CO)6、ニッケルヘキサカルボニルNi(CO)6、
三フッ化ホウ素BF3、ジシランSi2H6およびアルシ
ンAsH3からなる群から選択されることを特徴とす
る、請求項7の方法。 - 【請求項11】上記突起の付着に用いられる材料が、シ
リコン、セレン、テルル、シリコン・カーバイドSi
C、ガリウム・ヒ素GaAs、ガリウム・アルミニウム
ヒ素GaAlAs、ガリウム・リンGaP、インジウム
・リンInP、ガリウム・アンチモンGaSb、インジ
ウム・アンチモンInSb、カドミウム・セレンCdS
eおよびジンク・セレンZnSeからなる群のうちから
選択された半導体材料であることを特徴とする、請求項
7の方法。 - 【請求項12】突起担持基板(1)上に付着されている
超伝導フィルムの材料が、酸化イットリウムバリウム銅
YBa2Cu3O7-δ(0≦δ≦1)、Bi2Sr2Can-1 CunOx、Tl1...2Ba2Can-1CunOx(2≦n
≦6、5≦X≦9)およびTlBa2(Ca0.9Y0.1)3
Cu4O11からなる群のうちから選択されることを特徴
とする、請求項7の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH92810062.7 | 1992-01-28 | ||
EP92810062A EP0553593B1 (en) | 1992-01-28 | 1992-01-28 | Pinning structures for superconducting films and method for making same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05267726A true JPH05267726A (ja) | 1993-10-15 |
Family
ID=8211865
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4340826A Pending JPH05267726A (ja) | 1992-01-28 | 1992-12-22 | 超伝導フィルム用ピニング構造およびその作成方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0553593B1 (ja) |
JP (1) | JPH05267726A (ja) |
CA (1) | CA2081142A1 (ja) |
DE (1) | DE69211117T2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005078939A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | Japan Science & Technology Agency | 超伝導膜およびその製造方法 |
JP2007526199A (ja) * | 2004-01-16 | 2007-09-13 | アメリカン・スーパーコンダクター・コーポレーション | ナノドットフラックス・ピン止めセンターを有する酸化物膜 |
US20120015452A1 (en) * | 2006-12-22 | 2012-01-19 | Lim Chee-Kheng | Information storage devices using magnetic domain wall movement and methods of manufacturing the same |
US8194430B2 (en) | 2006-12-22 | 2012-06-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Information storage devices using movement of magnetic domain wall and methods of manufacturing the information storage device |
JP2013501313A (ja) * | 2009-07-28 | 2013-01-10 | ユニバーシティー オブ ヒューストン システム | 磁束ピンニングを改善するためのプレファブ式に作製されたナノ構造を有する超伝導部材 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998057382A1 (en) * | 1997-06-11 | 1998-12-17 | University Of Cincinnati | ENHANCEMENT OF Jc IN OXIDE SUPERCONDUCTORS |
JP3622147B2 (ja) * | 2001-06-19 | 2005-02-23 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 柱状ピン止め中心を有する超伝導薄膜及びその製造方法 |
US9082923B2 (en) | 2013-03-08 | 2015-07-14 | University Of Notre Dame Du Lac | Method and apparatus for enhancing vortex pinning by conformal crystal arrays |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02234479A (ja) * | 1989-03-07 | 1990-09-17 | Nec Corp | 超伝導素子とその製造方法 |
JPH02237179A (ja) * | 1989-03-10 | 1990-09-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超電導体 |
JPH03141512A (ja) * | 1989-10-27 | 1991-06-17 | Natl Res Inst For Metals | 酸化物超伝導体 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2038532B (en) * | 1978-11-24 | 1982-12-08 | Atomic Energy Authority Uk | Super-conducting members |
US4803310A (en) * | 1987-05-04 | 1989-02-07 | Intermagnetics General Corporation | Superconductors having controlled laminar pinning centers, and method of manufacturing same |
GB8824630D0 (en) * | 1988-10-20 | 1988-11-23 | Evetts J E | Improvements in & relating to super-conducting composite conductors |
-
1992
- 1992-01-28 DE DE69211117T patent/DE69211117T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-01-28 EP EP92810062A patent/EP0553593B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-10-22 CA CA002081142A patent/CA2081142A1/en not_active Abandoned
- 1992-12-22 JP JP4340826A patent/JPH05267726A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02234479A (ja) * | 1989-03-07 | 1990-09-17 | Nec Corp | 超伝導素子とその製造方法 |
JPH02237179A (ja) * | 1989-03-10 | 1990-09-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超電導体 |
JPH03141512A (ja) * | 1989-10-27 | 1991-06-17 | Natl Res Inst For Metals | 酸化物超伝導体 |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005078939A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | Japan Science & Technology Agency | 超伝導膜およびその製造方法 |
JP4495426B2 (ja) * | 2003-08-29 | 2010-07-07 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 超伝導膜およびその製造方法 |
US7772157B2 (en) | 2003-08-29 | 2010-08-10 | Japan Science And Technology Agency | Superconducting film and method of manufacturing the same |
US8148300B2 (en) | 2003-08-29 | 2012-04-03 | Japan Science And Technology Agency | Superconducting film and method of manufacturing the same |
JP2007526199A (ja) * | 2004-01-16 | 2007-09-13 | アメリカン・スーパーコンダクター・コーポレーション | ナノドットフラックス・ピン止めセンターを有する酸化物膜 |
US20120015452A1 (en) * | 2006-12-22 | 2012-01-19 | Lim Chee-Kheng | Information storage devices using magnetic domain wall movement and methods of manufacturing the same |
US8194430B2 (en) | 2006-12-22 | 2012-06-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Information storage devices using movement of magnetic domain wall and methods of manufacturing the information storage device |
US8339829B2 (en) | 2006-12-22 | 2012-12-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Information storage devices using movement of magnetic domain walls and methods of manufacturing the same |
US8411481B2 (en) * | 2006-12-22 | 2013-04-02 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Information storage devices using magnetic domain wall movement and methods of manufacturing the same |
JP2013501313A (ja) * | 2009-07-28 | 2013-01-10 | ユニバーシティー オブ ヒューストン システム | 磁束ピンニングを改善するためのプレファブ式に作製されたナノ構造を有する超伝導部材 |
US8926868B2 (en) | 2009-07-28 | 2015-01-06 | University Of Houston System | Superconductive article with prefabricated nanostructure for improved flux pinning |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0553593B1 (en) | 1996-05-29 |
DE69211117D1 (de) | 1996-07-04 |
DE69211117T2 (de) | 1996-12-12 |
CA2081142A1 (en) | 1993-07-29 |
EP0553593A1 (en) | 1993-08-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ivanov et al. | Weak links and dc SQUIDS on artificial nonsymmetric grain boundaries in YBa2Cu3O7− δ | |
US5077266A (en) | Method of forming weak-link josephson junction, and superconducting device employing the junction | |
US8148300B2 (en) | Superconducting film and method of manufacturing the same | |
US5087605A (en) | Layered lattice-matched superconducting device and method of making | |
US5696392A (en) | Barrier layers for oxide superconductor devices and circuits | |
US5552375A (en) | Method for forming high Tc superconducting devices | |
Bozovic et al. | Atomic-layer engineering of cuprate superconductors | |
US6541789B1 (en) | High temperature superconductor Josephson junction element and manufacturing method for the same | |
US5399881A (en) | High-temperature Josephson junction and method | |
JPH05267726A (ja) | 超伝導フィルム用ピニング構造およびその作成方法 | |
Robertazzi et al. | Y1Ba2Cu3O7/MgO/Y1Ba2Cu3O7 edge Josephson junctions | |
US5982034A (en) | Conductive oxide films | |
US6016433A (en) | Oxide superconductor Josephson junction element and process for producing same | |
Ying et al. | YBa2Cu3O7− x‐Y2O3 system and in situ deposition of trilayer heterostructures by coevaporation | |
Jia et al. | High‐temperature superconductor Josephson junctions with a gradient Pr‐doped Y1− xPrxBa2Cu3O7− δ (x= 0.1, 0.3, 0.5) as barriers | |
US6160266A (en) | Superconducting device and a method of manufacturing the same | |
EP0491496B1 (en) | Article comprising a superconductor/insulator layer structure, and method of making the article | |
US5212151A (en) | Superconducting thin film having a matrix and foreign phases | |
Braginski | Thin film structures | |
US6147360A (en) | Superconducting device and a method of manufacturing the same | |
US5362709A (en) | Superconducting device | |
Allen et al. | Thin film composites of Au and YBa/sub 2/Cu/sub 3/O/sub 7-/spl delta | |
Ichinose et al. | Microstructures of high-T/sub c/superconducting films having artificial pinning centers | |
Yang | I. Nanostructured high-temperature superconductors. II. Probing the growth mechanism of carbon nitride thin films by time-of-flight mass spectroscopy | |
Abrutis¹ et al. | MOCVD" Digital" Growth of High-Tc Superconductors, Related Heterostructures and Superlattices |