物性･デバイス研究部
超電導の特徴を活かした高性能電子デバイス及びシステムの実用化を目指して
研究テーマ･目的
- 超電導現象の特徴である磁束量子化やジョセフソン効果を利用した超電導デバイスは、既存のデバイスに比べ桁違いに高感度のセンサーや超高速・超低消費電力の集積回路の実現を可能とします。物性･デバイス研究部では、イットリウム（Y）系を中心とした高温超電導材料を用いた薄膜･接合作成技術、デバイスの設計、プロセス技術、システムの開発を行っています。当研究部が世界に誇る高度積層構造作製プロセスを用い、高感度磁気センサーを開発し、それを用いた地下資源探査装置、非破壊検査装置、地磁気観測装置などの研究開発を行っています。
研究テーマ
- 薄膜積層、ジョセフソン接合作製などY系高温超電導デバイスプロセスの高信頼化研究
- 積層技術を活かした高温超電導SQUIDの開発
- 高温SQUID磁気センサー用の実装技術、ノイズ遮蔽技術の開発
- 高温SQUID磁気センサーを用いた地下資源探査システム用磁力計、非破壊検査装置、地磁気観測装置など応用システムの開発
- 鉄系超電導材料などの新超電導材料の高品質薄膜、接合作成技術の研究開発
主な成果
- 酸化物薄膜５層からなるナノメータレベルの表面平坦性をもつ積層構造およびランプエッジ接合を含む高温超電導集積回路及びSQUID用プロセスを開発
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表面平坦な酸化物薄膜構造の断面SEM像(左)と薄膜積層型高温超電導SQUIDの断面構造の模式図(右、SSOはSrSnO3、L1ErBCOはLa01Er0.95Ba1.95Cu3Oy)
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- 酸化物薄膜積層構造を用いた高性能の集積型高温超電導SQUID磁気センサーを開発（従来の高温超電導SQUIDに比べ5-10倍高感度、4桁高い磁場耐性）
マルチターン入力コイルを積層した高感度マグネトメータ(左)と5chのグラジオメータアレイ(右)
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- 各種装置に対応可能な外付け検出コイル接続用の高温超電導SQUIDモジュールを開発（科学技術振興機構(JST)受託）
外付けコイル接続用のSQUIDセンサ(左)と封止したセンサモジュール(右)
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- 高温超電導SQUIDグラジオメータアレイを用いたY系長尺加工線材用欠陥非破壊検査装置を開発（新エネルギー･産業技術総合開発機構(NEDO)委託）
加工線材非破壊検査の原理(左)および開発した検査装置(右)
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- 高温超電導SQUIDを用いた次世代金属資源電磁検査装置(SQUITEM3号機)用磁力計を開発（石油天然ガス・金属鉱物資源機構(JOGMEC)委託）
金属資源探査装置(SQUITEM)の原理(左)と開発したSQUITEM3号機(右)
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- 地震に伴う地磁気変化観測用のSQUID磁力計システムを開発（首都大学東京、東北大学）
福島県いわき市に設置した地磁気観測装置(左)と観測した地震による地磁気変化(右)
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- 磁場中高Ic特性を示す酸化物ナノ粒子を分散した鉄系超電導薄膜の開発（日本学術振興会(JSPS)補助）
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BrZrO3ナノ粒子を分散したBaFe2(As,P)2薄膜の断面TEM像(左)と巨視的ピンカ密度の他材料との比較(右)
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- 鉄系超電導薄膜を用いたジョセフソン接合、SQUIDの作製（東京工業大学･細野研との共同研究）
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| Ba(Fe,Co)2As2薄膜バイクリスタル接合のI-V特性(左)とde SQUIDのV-φ特性(右)
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主な応用分野
- 地下資源探査･モニタリングシステム
- 工業製品中の欠陥検査装置、プラント構造物非破壊検査装置
- 磁気免疫検査装置、心磁検査装置、低周波MRI装置などバイオ・医療用検査装置
- 簡易型の高精度磁化率計測装置
- 高精度地磁気観測装置
主要論文
- T. Hato et al., “Development of HTS-SQUID magnetometer system with high slew rate for exploration of mineral resources”, Supercond. Sci. Technol., vol. 26, p. 115003 (2013).
- M. Miura et al., “Strongly enhanced flux pinning in one-step deposition of BaFe2(As0.66P0.33)2 superconductor films with uniformly dispersed BaZrO3 nanoparticles”, Nat. Commun., vol. 4, p. 2499 (2013).
- S. Adachi et al., "Recent Developments of High-Tc Electronic Devices with Multilayer Structures and Ramp-Edge Josephson Junctions", IEICE Trans. Electron E95-C, pp. 337-346 (2012) .
- T. Katase et al., “Josephson junction in cobalt-doped BaFe2As2 epitaxial thin films on (La,Sr)(Al,Ta)O3 bicrystal substrates”, Appl. Phys. Lett., vol. 96, p. 142507 (2010).
- T. Hato et al., "Non-Destructive Testing of YBCO Coated-Conductor by Multi-Channel HTS SQUID Gradiometers," IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 19, no. 3, pp. 804-807, June. 2009.
- K. Tanabe et al., "Advances in High-Tc Single Flux Quantum Device Technologies", IEICE Trans. Electron E91-C, pp. 280-292 (2008).
- H. Wakana et al., "Improvement in Reproducibility of Multilayer and Junction Process for HTS SFQ Circuits", IEEE Trans. Appl. Supercond. 15, pp.153-156 (2005).
