JPH0653560A - 酸化物超伝導デバイス用障壁材料 - Google Patents
酸化物超伝導デバイス用障壁材料Info
- Publication number
- JPH0653560A JPH0653560A JP4020283A JP2028392A JPH0653560A JP H0653560 A JPH0653560 A JP H0653560A JP 4020283 A JP4020283 A JP 4020283A JP 2028392 A JP2028392 A JP 2028392A JP H0653560 A JPH0653560 A JP H0653560A
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- superconducting
- transition metal
- oxide
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 Ｂｉ系超伝導膜をＭｇＯ単結晶基板上に積層
し、次に該超伝導膜上にＬａＮｉＯ3膜を、１８０ｎｍ
堆積させた２層膜を作製し、さらに該ＬａＮｉＯ3膜の
上にＢｉ系超伝導膜を形成させ、Ｂｉ系超伝導膜／Ｌａ
ＮｉＯ3膜／Ｂｉ系超伝導膜という構成の３層膜を作製
した。当該３層膜は、１層目３層目のＢｉ系超伝導膜を
オゾンガスに曝すことにより超伝導状態にした。さらに
１０ＧＨｚのマイクロ波を照射し、電流・電圧特性を測
定するとシャピロステップが観測され、当該３層膜はジ
ョゼフソン結合していることを確かめた。 【効果】 ＬａＮｉＯ3等を障壁層とする銅系酸化物超
伝導体を用いることにより、超高速、低消費電力で動作
する、例えば三端子光スイッチ、さらに二端子ジョゼフ
ソンデバイスを実現できる。
し、次に該超伝導膜上にＬａＮｉＯ3膜を、１８０ｎｍ
堆積させた２層膜を作製し、さらに該ＬａＮｉＯ3膜の
上にＢｉ系超伝導膜を形成させ、Ｂｉ系超伝導膜／Ｌａ
ＮｉＯ3膜／Ｂｉ系超伝導膜という構成の３層膜を作製
した。当該３層膜は、１層目３層目のＢｉ系超伝導膜を
オゾンガスに曝すことにより超伝導状態にした。さらに
１０ＧＨｚのマイクロ波を照射し、電流・電圧特性を測
定するとシャピロステップが観測され、当該３層膜はジ
ョゼフソン結合していることを確かめた。 【効果】 ＬａＮｉＯ3等を障壁層とする銅系酸化物超
伝導体を用いることにより、超高速、低消費電力で動作
する、例えば三端子光スイッチ、さらに二端子ジョゼフ
ソンデバイスを実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、近接効果を利用した三
端子銅系酸化物超伝導デバイスあるいはジョゼフソン効
果を利用した二端子銅系酸化物超ジョゼフソンデバイス
の障壁材料に関し、特にＬａＮｉＯ3等の３ｄ電子の電
子配置がｄεnｄγm（ｎが１もしくは３、ｍが６以下の
整数）である３ｄ遷移金属酸化物を用いることにより、
超高速かつ低消費電力で当該の三端子超伝導デバイスあ
るいは二端子のジョゼフソンデバイスを動作させること
ができる酸化物超伝導デバイス用障壁材料に関する。
端子銅系酸化物超伝導デバイスあるいはジョゼフソン効
果を利用した二端子銅系酸化物超ジョゼフソンデバイス
の障壁材料に関し、特にＬａＮｉＯ3等の３ｄ電子の電
子配置がｄεnｄγm（ｎが１もしくは３、ｍが６以下の
整数）である３ｄ遷移金属酸化物を用いることにより、
超高速かつ低消費電力で当該の三端子超伝導デバイスあ
るいは二端子のジョゼフソンデバイスを動作させること
ができる酸化物超伝導デバイス用障壁材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の銅系酸化物超伝導デバイス
の障壁材料として、ＭｇＯのような絶縁体あるいはＡｕ
のような金属膜の使用が考えられている。この場合の接
合構造としては、例えばＡｕを用いるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7
／Ａｕ／Ｐｂ（Ｉｎ）のように（EXTENDED ABSTRACTS O
F 9TH SYMPOSIUM ON FUTURE ELECTRON DEVICES, 199
0）、一方を金属超伝導体にすることにより、超伝導デ
バイス基礎特性が得られている。
の障壁材料として、ＭｇＯのような絶縁体あるいはＡｕ
のような金属膜の使用が考えられている。この場合の接
合構造としては、例えばＡｕを用いるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7
／Ａｕ／Ｐｂ（Ｉｎ）のように（EXTENDED ABSTRACTS O
F 9TH SYMPOSIUM ON FUTURE ELECTRON DEVICES, 199
0）、一方を金属超伝導体にすることにより、超伝導デ
バイス基礎特性が得られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＭｇＯのような絶縁体あるいはＡｕのような金属膜
を障壁層とする場合は、これらの物質が銅系酸化物超伝
導体と相互作用がほとんどなく、そのためデバイス動作
を起こさせるために障壁層の厚みを１．０ｎｍ以下に制
御するので、技術上あるいは応用上重大な問題点があっ
た。即ち、障壁層として、厚さ１．０ｎｍ以下の結晶性
の膜を超伝導体の上に成長させることが必要になってく
るが、それを可能にする障壁層材料の種類は限られてい
る。また１．０ｎｍ以下の加工精度を有するパターン加
工技術、エッチング技術は現状では確立されていない。
来のＭｇＯのような絶縁体あるいはＡｕのような金属膜
を障壁層とする場合は、これらの物質が銅系酸化物超伝
導体と相互作用がほとんどなく、そのためデバイス動作
を起こさせるために障壁層の厚みを１．０ｎｍ以下に制
御するので、技術上あるいは応用上重大な問題点があっ
た。即ち、障壁層として、厚さ１．０ｎｍ以下の結晶性
の膜を超伝導体の上に成長させることが必要になってく
るが、それを可能にする障壁層材料の種類は限られてい
る。また１．０ｎｍ以下の加工精度を有するパターン加
工技術、エッチング技術は現状では確立されていない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記従来の問題点を解決
するために、本発明は、酸化物超伝導デバイスの障壁材
料において（１）３ｄ電子の電子配置がｄεnｄγm（ｎ
が１もしくは３、ｍが６以下の整数）である３ｄ遷移金
属酸化物を用いる。（２）前記３ｄ遷移金属酸化物とし
て、配位数が６である配位構造を持つＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7、Ｂｉ2Ｓｒ2 ＣｕＯ6、Ｌａ1-xＣａxＭｎＯ3（ｘ＝
０．０５〜０．９５）、Ｌａｉ1-xＦｅxＯ3（０≦ｘ≦
０．５）と配位数が４である配位構造を持つＣｒＯを用
いる。
するために、本発明は、酸化物超伝導デバイスの障壁材
料において（１）３ｄ電子の電子配置がｄεnｄγm（ｎ
が１もしくは３、ｍが６以下の整数）である３ｄ遷移金
属酸化物を用いる。（２）前記３ｄ遷移金属酸化物とし
て、配位数が６である配位構造を持つＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7、Ｂｉ2Ｓｒ2 ＣｕＯ6、Ｌａ1-xＣａxＭｎＯ3（ｘ＝
０．０５〜０．９５）、Ｌａｉ1-xＦｅxＯ3（０≦ｘ≦
０．５）と配位数が４である配位構造を持つＣｒＯを用
いる。
【０００５】３ｄ電子の電子配置がｄεnｄγm（ここで
ｎは１もしくは３、ｍは６以下の整数）であるのは、ｎ
が０、２、４であると障壁層内を移動する電子あるいは
ホールが生ぜず、接触している銅系酸化物超伝導体と相
互作用してクーパー対を形成することができないからで
ある。
ｎは１もしくは３、ｍは６以下の整数）であるのは、ｎ
が０、２、４であると障壁層内を移動する電子あるいは
ホールが生ぜず、接触している銅系酸化物超伝導体と相
互作用してクーパー対を形成することができないからで
ある。
【０００６】このような電子配置を取る遷移金属酸化物
としてＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣｕＯ6中のＣｕ
2+のｄε3ｄγ6、Ｌａ1-xＣａxＭｎＯ3（ｘ＝０．０５
〜０．９５）、ＣｒＯ中のＭｎ3+、Ｃｒ2+のｄε1ｄ
γ3、ＬａＮｉＯ3中のＮｉ3+のｄε1ｄγ6、がある。
としてＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣｕＯ6中のＣｕ
2+のｄε3ｄγ6、Ｌａ1-xＣａxＭｎＯ3（ｘ＝０．０５
〜０．９５）、ＣｒＯ中のＭｎ3+、Ｃｒ2+のｄε1ｄ
γ3、ＬａＮｉＯ3中のＮｉ3+のｄε1ｄγ6、がある。
【０００７】
【作用】本発明によれば、銅系酸化物超伝導体の酸素６
配位のＣｕ2+の電子構造がｄε3ｄγ6であり、クーパー
対はｄε，ｐσ混成軌道上のホールで構成される（参考
文献；固体物理 VOL.25 NO.10(1990) PP67〜PP73）こと
から、障壁層もＣｕと同じ３ｄ遷移金属酸化物であっ
て、かつｄε軌道に移動可能な電子あるいはホールが存
在していれば、銅系酸化物超伝導体との相互作用により
超伝導状態に移行するという性質があることが明らかに
なった。
配位のＣｕ2+の電子構造がｄε3ｄγ6であり、クーパー
対はｄε，ｐσ混成軌道上のホールで構成される（参考
文献；固体物理 VOL.25 NO.10(1990) PP67〜PP73）こと
から、障壁層もＣｕと同じ３ｄ遷移金属酸化物であっ
て、かつｄε軌道に移動可能な電子あるいはホールが存
在していれば、銅系酸化物超伝導体との相互作用により
超伝導状態に移行するという性質があることが明らかに
なった。
【０００８】このようにｄε軌道に着目するのは、ｄε
軌道が、隣接する酸素原子の軌道と混じりやすい、ｘ2
−ｙ2あるいは３ｚ2−ｒ2という波動関数の形を持って
おり、局在よりも遍歴的電子あるいはホールを担いやす
い軌道だからである。さらに、ｄε軌道の電子数が１も
しくは３であれば、結果として生ずる不対電子あるいは
ホールは遍歴的となる傾向がある。かかる状態にある障
壁層の３ｄ遷移金属酸化物は銅系酸化物超伝導体との相
互作用の結果、超伝導状態になることができる。この臨
界温度の低い超伝導状態を何らかの外力によって壊せ
ば、銅系酸化物超伝導体間を流れる超電流は遮断され、
障壁に有限の抵抗が誘起される。即ちこのようなスイッ
チ効果を利用したノーマリオンの超伝導デバイスを製作
できる。
軌道が、隣接する酸素原子の軌道と混じりやすい、ｘ2
−ｙ2あるいは３ｚ2−ｒ2という波動関数の形を持って
おり、局在よりも遍歴的電子あるいはホールを担いやす
い軌道だからである。さらに、ｄε軌道の電子数が１も
しくは３であれば、結果として生ずる不対電子あるいは
ホールは遍歴的となる傾向がある。かかる状態にある障
壁層の３ｄ遷移金属酸化物は銅系酸化物超伝導体との相
互作用の結果、超伝導状態になることができる。この臨
界温度の低い超伝導状態を何らかの外力によって壊せ
ば、銅系酸化物超伝導体間を流れる超電流は遮断され、
障壁に有限の抵抗が誘起される。即ちこのようなスイッ
チ効果を利用したノーマリオンの超伝導デバイスを製作
できる。
【０００９】
【実施例】以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明
する。
する。
【００１０】図１は、ＭｇＯ基板上のＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ2
Ｃｕ3Ｏ10薄膜（以下、Ｂｉ系超伝導膜と略記する）の
抵抗率の温度変化を示すグラフである。図２は、前記Ｍ
ｇＯ基板上のＢｉ系超伝導膜上にＬａＮｉＯ3膜を積層
した２層膜を表している断面図である。図３は、図２の
ＬａＮｉＯ3膜に電極を付け、測定した抵抗の温度変化
を示すグラフで、ＬａＮｉＯ3膜厚がそれぞれ（Ａ）は
９０ｎｍ、（Ｂ）は１８０ｎｍ、（Ｃ）は１０００ｎｍ
の場合を示している。図４は、図３のＬａＮｉＯ3膜と
同じ条件でＭｇＯ基板上に積層した厚さ９０ｎｍのＬａ
ＮｉＯ3単層膜の抵抗率の温度変化を示すグラフであ
る。図５は、ＭｇＯ基板上にＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10
／ＬａＮｉＯ3／Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10という構成
の膜を積層した３層膜を表している断面図である。図６
は、図５において第１層目と第３層目のＢｉ系超伝導膜
を電極とした電流・電圧特性の測定結果を示すグラフで
ある。図７は、図６と同じ電極に１０ＧＨｚのマイクロ
波を照射し、電流・電圧特性を測定した結果を示すグラ
フである。
Ｃｕ3Ｏ10薄膜（以下、Ｂｉ系超伝導膜と略記する）の
抵抗率の温度変化を示すグラフである。図２は、前記Ｍ
ｇＯ基板上のＢｉ系超伝導膜上にＬａＮｉＯ3膜を積層
した２層膜を表している断面図である。図３は、図２の
ＬａＮｉＯ3膜に電極を付け、測定した抵抗の温度変化
を示すグラフで、ＬａＮｉＯ3膜厚がそれぞれ（Ａ）は
９０ｎｍ、（Ｂ）は１８０ｎｍ、（Ｃ）は１０００ｎｍ
の場合を示している。図４は、図３のＬａＮｉＯ3膜と
同じ条件でＭｇＯ基板上に積層した厚さ９０ｎｍのＬａ
ＮｉＯ3単層膜の抵抗率の温度変化を示すグラフであ
る。図５は、ＭｇＯ基板上にＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10
／ＬａＮｉＯ3／Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10という構成
の膜を積層した３層膜を表している断面図である。図６
は、図５において第１層目と第３層目のＢｉ系超伝導膜
を電極とした電流・電圧特性の測定結果を示すグラフで
ある。図７は、図６と同じ電極に１０ＧＨｚのマイクロ
波を照射し、電流・電圧特性を測定した結果を示すグラ
フである。
【００１１】Ｂｉ系超伝導膜２をＭｇＯ単結晶基板１上
に、２極ＲＦスパッタリング法により厚さ３００ｎｍ形
成後、８００℃、５時間空気中で加熱し、続いて６９０
℃で１０時間酸素気流中で加熱し、作製した。図１に示
すように、このＢｉ系の超伝導膜は、オンセット１１０
Ｋ、ゼロ抵抗温度５０Ｋの超伝導膜であった。次に図２
に示すように該超伝導膜２上にＬａＮｉＯ3膜３を同ス
パッタリング法により基板温度５５０℃で、それぞれ厚
さ９０ｎｍ、１８０ｎｍ、１０００ｎｍ堆積させた３種
の膜厚の異なる２層膜を作製した。図３の曲線（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれの膜厚が９０ｎｍ、１８０
ｎｍ、１０００ｎｍであるＬａＮｉＯ3膜の抵抗温度曲
線である。またＬａＮｉＯ3単層膜を同スパッタリング
法により同条件で別のＭｇＯ基板上に厚さ９０ｎｍで形
成させた。図４に示すように、このＬａＮｉＯ3単層膜
の抵抗温度曲線は、半導体的振る舞いを示している。図
３の（Ａ）、（Ｂ）と図４の比較から明らかなように、
９０ｎｍ積んだＬａＮｉＯ3単層膜は半導体的挙動を示
すのに対し、Ｂｉ系超伝導膜上の（Ａ）、（Ｂ）のＬａ
ＮｉＯ3膜は３０Ｋ付近で急激に抵抗が減少する超伝導
的振る舞いを示した。一方１０００ｎｍの場合の曲線
（Ｃ）は、図４と同様半導体的であり超伝導性ではなか
った。このことより図３の結果は、Ｂｉ系超伝導膜上の
厚さ９０ｎｍ、１８０ｎｍのＬａＮｉＯ3膜に超伝導電
流が流れていると判断できる。かかる知見を得た上で、
次に、図３（Ｂ）のような抵抗温度特性を示す１８０ｎ
ｍのＬａＮｉＯ3膜３上に、さらにＢｉ系超伝導膜２を
厚さ３００ｎｍ、同スパッタリング法で形成させ、図５
に示すように、Ｂｉ系超伝導膜／ＬａＮｉＯ3膜／Ｂｉ
系超伝導膜という構成の３層膜を作製した。当該３層膜
は、最後に温度５００℃で濃度８％のオゾンガスに曝す
ことにより、１層目３層目のＢｉ系超伝導膜を超伝導状
態にした。次にデバイス基礎特性を調べるために液体Ｈ
ｅに浸漬させ、１層目下部電極と３層目上部電極間の電
流・電圧特性を測定した所、図６のごとくの特性が得ら
れた。即ち、デバイス基礎特性である、バイアス電圧ゼ
ロ付近で大きな電流を示す近接効果が観測された。さら
に１０ＧＨｚのマイクロ波を照射し、電流・電圧特性を
測定すると図７に示すように、シャピロステップが観測
され、当該３層膜はジョゼフソン結合していることを確
かめた。
に、２極ＲＦスパッタリング法により厚さ３００ｎｍ形
成後、８００℃、５時間空気中で加熱し、続いて６９０
℃で１０時間酸素気流中で加熱し、作製した。図１に示
すように、このＢｉ系の超伝導膜は、オンセット１１０
Ｋ、ゼロ抵抗温度５０Ｋの超伝導膜であった。次に図２
に示すように該超伝導膜２上にＬａＮｉＯ3膜３を同ス
パッタリング法により基板温度５５０℃で、それぞれ厚
さ９０ｎｍ、１８０ｎｍ、１０００ｎｍ堆積させた３種
の膜厚の異なる２層膜を作製した。図３の曲線（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれの膜厚が９０ｎｍ、１８０
ｎｍ、１０００ｎｍであるＬａＮｉＯ3膜の抵抗温度曲
線である。またＬａＮｉＯ3単層膜を同スパッタリング
法により同条件で別のＭｇＯ基板上に厚さ９０ｎｍで形
成させた。図４に示すように、このＬａＮｉＯ3単層膜
の抵抗温度曲線は、半導体的振る舞いを示している。図
３の（Ａ）、（Ｂ）と図４の比較から明らかなように、
９０ｎｍ積んだＬａＮｉＯ3単層膜は半導体的挙動を示
すのに対し、Ｂｉ系超伝導膜上の（Ａ）、（Ｂ）のＬａ
ＮｉＯ3膜は３０Ｋ付近で急激に抵抗が減少する超伝導
的振る舞いを示した。一方１０００ｎｍの場合の曲線
（Ｃ）は、図４と同様半導体的であり超伝導性ではなか
った。このことより図３の結果は、Ｂｉ系超伝導膜上の
厚さ９０ｎｍ、１８０ｎｍのＬａＮｉＯ3膜に超伝導電
流が流れていると判断できる。かかる知見を得た上で、
次に、図３（Ｂ）のような抵抗温度特性を示す１８０ｎ
ｍのＬａＮｉＯ3膜３上に、さらにＢｉ系超伝導膜２を
厚さ３００ｎｍ、同スパッタリング法で形成させ、図５
に示すように、Ｂｉ系超伝導膜／ＬａＮｉＯ3膜／Ｂｉ
系超伝導膜という構成の３層膜を作製した。当該３層膜
は、最後に温度５００℃で濃度８％のオゾンガスに曝す
ことにより、１層目３層目のＢｉ系超伝導膜を超伝導状
態にした。次にデバイス基礎特性を調べるために液体Ｈ
ｅに浸漬させ、１層目下部電極と３層目上部電極間の電
流・電圧特性を測定した所、図６のごとくの特性が得ら
れた。即ち、デバイス基礎特性である、バイアス電圧ゼ
ロ付近で大きな電流を示す近接効果が観測された。さら
に１０ＧＨｚのマイクロ波を照射し、電流・電圧特性を
測定すると図７に示すように、シャピロステップが観測
され、当該３層膜はジョゼフソン結合していることを確
かめた。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば従来不可能であった全酸
化物超伝導デバイスを提供できる。本発明によるＬａＮ
ｉＯ3等を障壁層とする銅系酸化物超伝導体を用いるこ
とにより、超高速、低消費電力で動作する、例えば三端
子光スイッチ、さらに二端子ジョゼフソンデバイスを実
現できる。
化物超伝導デバイスを提供できる。本発明によるＬａＮ
ｉＯ3等を障壁層とする銅系酸化物超伝導体を用いるこ
とにより、超高速、低消費電力で動作する、例えば三端
子光スイッチ、さらに二端子ジョゼフソンデバイスを実
現できる。
【図１】ＭｇＯ基板上Ｂｉ系超伝導膜の抵抗率の温度変
化を示すグラフである。
化を示すグラフである。
【図２】前記ＭｇＯ基板上のＢｉ系超伝導膜上にＬａＮ
ｉＯ3膜を積層した２層膜を表している断面図である。
ｉＯ3膜を積層した２層膜を表している断面図である。
【図３】図２のＬａＮｉＯ3膜に電極を付け測定した抵
抗の温度変化を示すグラフで、ＬａＮｉＯ3膜厚がそれ
ぞれ（Ａ）は９０ｎｍ、（Ｂ）は１８０ｎｍ、（Ｃ）は
１０００ｎｍの場合を示している。
抗の温度変化を示すグラフで、ＬａＮｉＯ3膜厚がそれ
ぞれ（Ａ）は９０ｎｍ、（Ｂ）は１８０ｎｍ、（Ｃ）は
１０００ｎｍの場合を示している。
【図４】図３のＬａＮｉＯ3膜と同じ条件でＭｇＯ基板
上に積層した厚さ９０ｎｍのＬａＮｉＯ3単層膜の抵抗
率の温度変化を示すグラフである。
上に積層した厚さ９０ｎｍのＬａＮｉＯ3単層膜の抵抗
率の温度変化を示すグラフである。
【図５】ＭｇＯ基板上にＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10／Ｌ
ａＮｉＯ3／Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10という構成の膜
を積層した３層膜を表している断面図である。
ａＮｉＯ3／Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10という構成の膜
を積層した３層膜を表している断面図である。
【図６】図５において第１層目と第３層目のＢｉ系超伝
導膜を電極とした電流・電圧特性の測定結果を示すグラ
フである。
導膜を電極とした電流・電圧特性の測定結果を示すグラ
フである。
【図７】図６と同じ電極に１０ＧＨｚのマイクロ波を照
射し、電流・電圧特性を測定した結果を示すグラフであ
る。
射し、電流・電圧特性を測定した結果を示すグラフであ
る。
１ ＭｇＯ基板 ２ Ｂｉ系超伝導膜 ３ ＬａＮｉＯ3膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年２月２１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、近接効果を利用した三
端子銅系酸化物超伝導デバイスあるいはジョゼフソン効
果を利用した二端子銅系酸化物超ジョゼフソンデバイス
の障壁材料に関し、特にＬａＮｉＯ3等の３ｄ電子の電
子配置がｄγnｄεm（ｎが１もしくは３、ｍが６以下の
整数）である３ｄ遷移金属酸化物を用いることにより、
超高速かつ低消費電力で当該の三端子超伝導デバイスあ
るいは二端子のジョゼフソンデバイスを動作させること
ができる酸化物超伝導デバイス用障壁材料に関する。
端子銅系酸化物超伝導デバイスあるいはジョゼフソン効
果を利用した二端子銅系酸化物超ジョゼフソンデバイス
の障壁材料に関し、特にＬａＮｉＯ3等の３ｄ電子の電
子配置がｄγnｄεm（ｎが１もしくは３、ｍが６以下の
整数）である３ｄ遷移金属酸化物を用いることにより、
超高速かつ低消費電力で当該の三端子超伝導デバイスあ
るいは二端子のジョゼフソンデバイスを動作させること
ができる酸化物超伝導デバイス用障壁材料に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記従来の問題点を解決
するために、本発明は、酸化物超伝導デバイスの障壁材
料において（１）３ｄ電子の電子配置がｄγnｄεm（ｎ
が１もしくは３、ｍが６以下の整数）である３ｄ遷移金
属酸化物を用いる。（２）前記３ｄ遷移金属酸化物とし
て、配位数が６である配位構造を持つＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣｕＯ6、Ｌａ1-xＣａxＭｎＯ3（ｘ＝
０．０５〜０．９５）、ＬａＮｉ1-xＦｅxＯ3（０≦ｘ
≦０．５）と配位数が４である配位構造を持つＣｒＯを
用いる。
するために、本発明は、酸化物超伝導デバイスの障壁材
料において（１）３ｄ電子の電子配置がｄγnｄεm（ｎ
が１もしくは３、ｍが６以下の整数）である３ｄ遷移金
属酸化物を用いる。（２）前記３ｄ遷移金属酸化物とし
て、配位数が６である配位構造を持つＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣｕＯ6、Ｌａ1-xＣａxＭｎＯ3（ｘ＝
０．０５〜０．９５）、ＬａＮｉ1-xＦｅxＯ3（０≦ｘ
≦０．５）と配位数が４である配位構造を持つＣｒＯを
用いる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】３ｄ電子の電子配置がｄγnｄεm（ここで
ｎは１もしくは３、ｍは６以下の整数）であるのは、ｎ
が０、２、４であると障壁層内を移動する電子あるいは
ホールが生ぜず、接触している銅系酸化物超伝導体と相
互作用してクーパー対を形成することができないからで
ある。
ｎは１もしくは３、ｍは６以下の整数）であるのは、ｎ
が０、２、４であると障壁層内を移動する電子あるいは
ホールが生ぜず、接触している銅系酸化物超伝導体と相
互作用してクーパー対を形成することができないからで
ある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】このような電子配置を取る遷移金属酸化物
としてＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣｕＯ6中のＣｕ
2+のｄγ3ｄε6、Ｌａ1-xＣａxＭｎＯ3（ｘ＝０．０５
〜０．９５）、ＣｒＯ中のＭｎ3+、Ｃｒ2+のｄγ1ｄ
ε3、ＬａＮｉＯ3中のＮｉ3+のｄγ1ｄε6、がある。
としてＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣｕＯ6中のＣｕ
2+のｄγ3ｄε6、Ｌａ1-xＣａxＭｎＯ3（ｘ＝０．０５
〜０．９５）、ＣｒＯ中のＭｎ3+、Ｃｒ2+のｄγ1ｄ
ε3、ＬａＮｉＯ3中のＮｉ3+のｄγ1ｄε6、がある。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】
【作用】本発明によれば、銅系酸化物超伝導体の酸素６
配位のＣｕ2+の電子構造がｄγ3ｄε6であり、クーパー
対はｄγ，ｐσ混成軌道上のホールで構成される（参考
文献；固体物理 VOL.25 NO.10(1990) PP67〜PP73）こと
から、障壁層もＣｕと同じ３ｄ遷移金属酸化物であっ
て、かつｄγ軌道に移動可能な電子あるいはホールが存
在していれば、銅系酸化物超伝導体との相互作用により
超伝導状態に移行するという性質があることが明らかに
なった。
配位のＣｕ2+の電子構造がｄγ3ｄε6であり、クーパー
対はｄγ，ｐσ混成軌道上のホールで構成される（参考
文献；固体物理 VOL.25 NO.10(1990) PP67〜PP73）こと
から、障壁層もＣｕと同じ３ｄ遷移金属酸化物であっ
て、かつｄγ軌道に移動可能な電子あるいはホールが存
在していれば、銅系酸化物超伝導体との相互作用により
超伝導状態に移行するという性質があることが明らかに
なった。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】このようにｄγ軌道に着目するのは、ｄγ
軌道が、隣接する酸素原子の軌道と混じりやすい、ｘ2
−ｙ2あるいは３ｚ2−ｒ2という波動関数の形を持って
おり、局在よりも遍歴的電子あるいはホールを担いやす
い軌道だからである。さらに、ｄγ軌道の電子数が１も
しくは３であれば、結果として生ずる不対電子あるいは
ホールは遍歴的となる傾向がある。かかる状態にある障
壁層の３ｄ遷移金属酸化物は銅系酸化物超伝導体との相
互作用の結果、超伝導状態になることができる。この臨
界温度の低い超伝導状態を何らかの外力によって壊せ
ば、銅系酸化物超伝導体間を流れる超電流は遮断され、
障壁に有限の抵抗が誘起される。即ちこのようなスイッ
チ効果を利用したノーマリオンの超伝導デバイスを製作
できる。
軌道が、隣接する酸素原子の軌道と混じりやすい、ｘ2
−ｙ2あるいは３ｚ2−ｒ2という波動関数の形を持って
おり、局在よりも遍歴的電子あるいはホールを担いやす
い軌道だからである。さらに、ｄγ軌道の電子数が１も
しくは３であれば、結果として生ずる不対電子あるいは
ホールは遍歴的となる傾向がある。かかる状態にある障
壁層の３ｄ遷移金属酸化物は銅系酸化物超伝導体との相
互作用の結果、超伝導状態になることができる。この臨
界温度の低い超伝導状態を何らかの外力によって壊せ
ば、銅系酸化物超伝導体間を流れる超電流は遮断され、
障壁に有限の抵抗が誘起される。即ちこのようなスイッ
チ効果を利用したノーマリオンの超伝導デバイスを製作
できる。
Claims (2)
- 【請求項１】 酸化物超伝導デバイスの障壁材料におい
て、３ｄ遷移金属原子の３ｄ電子の電子配置がｄεnｄ
γm（ｎが１もしくは３、ｍが６以下の整数）である３
ｄ遷移金属酸化物を用いることを特徴とする酸化物超伝
導デバイス用障壁材料。 - 【請求項２】 前記３ｄ遷移金属酸化物として、配位数
が６である配位構造を持つＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7、Ｂｉ2Ｓ
ｒ2ＣｕＯ6、Ｌａ1-xＣａxＭｎＯ3（ｘ＝０．０５〜
０．９５）、ＬａＮｉ1-xＦｅxＯ3（０≦ｘ≦０．５）
と配位数が４である配位構造を持つＣｒＯを用いること
を特徴とする請求項１記載の酸化物超伝導デバイス用障
壁材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4020283A JPH0653560A (ja) | 1992-02-05 | 1992-02-05 | 酸化物超伝導デバイス用障壁材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4020283A JPH0653560A (ja) | 1992-02-05 | 1992-02-05 | 酸化物超伝導デバイス用障壁材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0653560A true JPH0653560A (ja) | 1994-02-25 |
Family
ID=12022846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4020283A Pending JPH0653560A (ja) | 1992-02-05 | 1992-02-05 | 酸化物超伝導デバイス用障壁材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0653560A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9616690B2 (en) | 2009-03-31 | 2017-04-11 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Tape cassette |
-
1992
- 1992-02-05 JP JP4020283A patent/JPH0653560A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9616690B2 (en) | 2009-03-31 | 2017-04-11 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Tape cassette |
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