(57)【要約】【課題】ピックアップループのインダクタンスを低減し、ＳＱＵＩＤループへの注入効率を高めて、超電導体素子の感度を向上させる。【解決手段】超電導体素子８を、ジョセフソン接合４を含むＳＱＵＩＤ（Superconducting quantum interference device）ループ１と、ＳＱＵＩＤループに接続されたピックアップループ２と、ピックアップループの上方及び下方の少なくとも一方にピックアップループに沿って設けられ、かつ、超電導電流が流れるのを阻止する領域５を有する超電導体膜３とを備えるものとする。【選択図】図１
2019160931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジョセフソン接合を含むＳＱＵＩＤ（Superconducting quantum interference device）ループと、
前記ＳＱＵＩＤループに接続されたピックアップループと、
前記ピックアップループの上方及び下方の少なくとも一方に前記ピックアップループに沿って設けられ、かつ、超電導電流が流れるのを阻止する領域を有する超電導体膜とを備えることを特徴とする超電導体素子。
【請求項２】
前記領域は、スリットであることを特徴とする、請求項１に記載の超電導体素子。
【請求項３】
前記領域は、超電導体の性質が破壊されている破壊領域であることを特徴とする、請求項１に記載の超電導体素子。
【請求項４】
前記ＳＱＵＩＤループ及び前記ピックアップループは、酸化物基板の上方に設けられており、
前記超電導体膜は、絶縁体膜を介して前記ピックアップループの上方及び下方の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導体素子。
【請求項５】
前記ＳＱＵＩＤループ、前記ピックアップループ及び前記超電導体膜を構成する超電導体は、酸化物系超電導体、ホウ化物系超電導体、鉄系超電導体のいずれかの超電導体であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導体素子。
【請求項６】
前記ＳＱＵＩＤループに含まれるジョセフソン接合は、ステップエッジ構造、ランプエッジ構造、バイクリスタル構造、バイエピタキシャル構造のいずれかの構造を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の超電導体素子。
【請求項７】
超電導体素子と、
前記超電導体素子に接続された測定回路とを備え、
前記超電導体素子は、
ジョセフソン接合を含むＳＱＵＩＤ（Superconducting quantum interference device）ループと、
前記ＳＱＵＩＤループに接続されたピックアップループと、
前記ピックアップループの上方及び下方の少なくとも一方に前記ピックアップループに沿って設けられ、かつ、超電導電流が流れるのを阻止する領域を有する超電導体膜とを備えることを特徴とする磁気測定装置。
【請求項８】
ジョセフソン接合を含むＳＱＵＩＤ（Superconducting quantum interference device）ループ、及び、前記ＳＱＵＩＤループに接続されたピックアップループを形成する工程と、
前記ピックアップループの上方及び下方の少なくとも一方に前記ピックアップループに沿って設けられ、かつ、超電導電流が流れるのを阻止する領域を有する超電導体膜を形成する工程とを含むことを特徴とする超電導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導体素子及びその製造方法、磁気測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超高感度の磁気測定装置として、ジョセフソン接合を含むＳＱＵＩＤ（superconducting quantum interference device）ループを超電導素子として用いた磁気測定装置がある。
このような磁気測定装置に用いられるＳＱＵＩＤループに含まれるジョセフソン接合は、例えば金属系超電導体や酸化物系超電導体を用いて作製することができるが、特に、酸化物系超電導体を用いたジョセフソン接合の特性を高める研究が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平６−０３６０２１号公報
【特許文献２】特開平１１−３１２８３０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】B.H.Moeckly et al., “Properties of interface-engineered high Tc Josephson junctions”, Appl.Phys.Lett. 71, 2526 (1997)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、外部磁束を効率的に測定する磁気測定装置として、ジョセフソン接合を含むＳＱＵＩＤループ及びピックアップループを備える超電導体素子を利用したマグネットメータやグラジオメータなどが用いられている。
このような磁気測定装置は、例えば、生体から出る微少磁場（脳磁場、心臓磁場）の計測、地中深くに存在する金属資源探査や熱水鉱床探査、微小異物の検査、インフラや土木関係での非破壊検査などに使用され、いずれの用途においても超電導体素子の感度を向上させることが重要になっている。
【０００６】
本発明は、ピックアップループのインダクタンスを低減し、ＳＱＵＩＤループへの注入効率を高めて、超電導体素子の感度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様では、超電導体素子は、ジョセフソン接合を含むＳＱＵＩＤループと、ＳＱＵＩＤループに接続されたピックアップループと、ピックアップループの上方及び下方の少なくとも一方にピックアップループに沿って設けられ、かつ、超電導電流が流れるのを阻止する領域を有する超電導体膜とを備える。
１つの態様では、磁気測定装置は、超電導体素子と、超電導体素子に接続された測定回路とを備え、超電導体素子は、ジョセフソン接合を含むＳＱＵＩＤループと、ＳＱＵＩＤループに接続されたピックアップループと、ピックアップループの上方及び下方の少なくとも一方にピックアップループに沿って設けられ、かつ、超電導電流が流れるのを阻止する領域を有する超電導体膜とを備える。
【０００８】
１つの態様では、超電導体素子の製造方法は、ジョセフソン接合を含むＳＱＵＩＤループ、及び、ＳＱＵＩＤループに接続されたピックアップループを形成する工程と、ピックアップループの上方及び下方の少なくとも一方にピックアップループに沿って設けられ、かつ、超電導電流が流れるのを阻止する領域を有する超電導体膜を形成する工程とを含む。
【発明の効果】
【０００９】
１つの側面として、ピックアップループのインダクタンスを低減し、ＳＱＵＩＤループへの注入効率を高めて、超電導体素子の感度を向上させることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態にかかる超電導体素子の構成例を示す模式図であって、（Ａ）はＳＱＵＩＤループ及びピックアップループを示す平面図であり、（Ｂ）は超電導体膜を示す平面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＡ−Ａ線及び（Ｂ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態にかかる超電導体素子の構成例を示す模式図であって、（Ａ）はＳＱＵＩＤループ及びピックアップループを示す平面図であり、（Ｂ）は超電導体膜を示す平面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＡ−Ａ線及び（Ｂ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）のＡ−Ａ線及び（Ｂ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】本実施形態にかかる超電導体素子のＳＱＵＩＤループに含まれるジョセフソン接合の一つであるステップエッジ型のジョセフソン接合を示す模式的断面図である。
【図４】ＳＱＵＩＤループ及びピックアップループを備えるＳＱＵＩＤ素子の構成を示す模式的平面図である。
【図５】ＳＱＵＩＤループ及びピックアップループを備えるＳＱＵＩＤ素子の動作原理を説明するための模式的平面図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は、ＳＱＵＩＤループ及びピックアップループを備えるＳＱＵＩＤ素子においてピックアップループのインダクタンスを低減する方法及びその方法の課題を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は、図６に示す方法の課題を解決するための方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図８】本実施形態にかかる超電導体素子の構成例を示す模式的平面図である。
【図９】本実施形態にかかる超電導体素子を備える磁気測定装置の構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる超電導体素子及びその製造方法、磁気測定装置について、図１〜図９を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる超電導体素子は、例えばマグネットメータやグラジオメータなどの磁気測定装置に備えられ、微弱な磁気信号を高感度で精度良く検出することができる高感度磁気検出用の超電導体素子である。
【００１２】
なお、磁気測定装置を、磁気センサ、超電導磁気センサ、高温超電導磁気センサ、磁気検出器ともいう。また、超電導体素子を、センサデバイス、磁気検出素子ともいう。また、超電導体素子は磁気検出回路に含まれる場合もある。
本実施形態では、超電導体素子は、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）に示すように、基板７の上方に、ＳＱＵＩＤ（Superconducting quantum interference device；超電導量子干渉素子）ループ１と、ピックアップループ２と、超電導体膜３とを備える。
【００１３】
ここで、ＳＱＵＩＤループ１は、ジョセフソン接合４を含む。
ここでは、ＳＱＵＩＤループ１は、２つの超電導体間にバリア層を有するジョセフソン接合４をループの中に１個又は２個備える。なお、図１（Ａ）、図２（Ａ）では、ジョセフソン接合４を２個備える場合を例示している。
例えば、ＲＦ−ＳＱＵＩＤループの場合にはループの中に１個のジョセフソン接合を備え、ＤＣ−ＳＱＵＩＤループの場合にはループの中に２個のジョセフソン接合を備える。
【００１４】
ピックアップループ２は、磁気を検出する超電導ピックアップループであり、ＳＱＵＩＤループ１に接続されている。
超電導体膜３は、ピックアップループ２の上方及び下方の少なくとも一方にピックアップループ２に沿って設けられ、かつ、超電導電流が流れるのを阻止する領域５を有する。
例えば、超電導体膜３は、ピックアップループ２の下方にピックアップループ２に沿って設けても良いし［例えば図１（Ａ）〜図１（Ｃ）、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）参照］、ピックアップループ２の上方にピックアップループ２に沿って設けても良いし［例えば図１（Ａ）〜図１（Ｃ）、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）参照］、ピックアップループ２の上方及び下方の両方にピックアップループ２に沿って設けても良い。
【００１５】
また、例えば、超電導体膜３の形状は、ピックアップループ２と同一の幅を有する形状であっても良いし［例えば図１（Ａ）〜図１（Ｃ）参照］、ピックアップループ２よりも広い幅を有する形状であっても良い［例えば図２（Ａ）〜図２（Ｄ）参照］。なお、超電導体膜３の形状をピックアップループ２と同一の幅を有する形状にすることで、プロセスを簡単にすることができる。
【００１６】
ここでは、超電導体膜３は、絶縁体膜６を介してピックアップループ２の上方及び下方の少なくとも一方に設けられている［例えば図１（Ｃ）、図２（Ｃ）、図２（Ｄ）参照］。
つまり、超電導体膜３は、ピックアップループ２の上層又は下層に積層されており、ピックアップループ２に沿ってピックアップループ２を覆うように設けられている。
【００１７】
具体的には、超電導体膜３は、ピックアップループ２の直下のみ又は直上のみにピックアップループ２に沿ってリング状に設けられており、その内側に磁束が侵入できる開口部を有する。
なお、超電導体膜３を超電導体薄膜ともいう。また、絶縁体膜６を絶縁体薄膜ともいう。
【００１８】
また、超電導体膜３の超電導電流が流れるのを阻止する領域５は、スリット５Ｘである。つまり、超電導体膜３は、ループにならないように１箇所以上にスリット５Ｘを備える。
この場合、ピックアップループ２に沿って設けられる超電導体膜３に超電導電流が流れるのを阻止するように、少なくとも１箇所で超電導体膜３を分断することで、超電導体膜３にスリット５Ｘを設ければ良い。
【００１９】
例えば、マグネットメータに備えられる超電導体素子、即ち、１つのピックアップループ２で捕捉した磁気信号をＳＱＵＩＤループ１に注入する高感度磁気検出素子である超電導体素子では、１つのピックアップループ２に沿って超電導体膜３が設けられるため、１箇所にスリット５Ｘを備えるものとすれば良い。
また、例えば、グラジオメータに備えられる超電導体素子、即ち、遠方からの磁気ノイズをキャンセルできるように２つのピックアップループを備える超電導体素子では、２つのピックアップループに沿ってそれぞれ超電導体膜が設けられるため、それぞれの超電導体膜に１箇所ずつ、合計２箇所にスリットを備えるものとすれば良い。
【００２０】
本実施形態では、ＳＱＵＩＤループ１、ピックアップループ２及び超電導体膜３を構成する超電導体は、酸化物系超電導体、ホウ化物系超電導体、鉄系超電導体のいずれかの超電導体である。
ここで、酸化物系超電導体は、例えばＹＢａＣｕＯ、ＢｉＳｒＣａＣｕＯなどであり、ホウ化物系超電導体は、例えばＭｇＢ２などであり、鉄系超電導体は、例えばＢａＣｏＦｅＡｓなどである。なお、酸化物系超電導体を酸化物系高温超電導体又は高温超電導体ともいう。
【００２１】
これらの超電導体を用いることで、冷却コストを下げることが可能である。特に、酸化物系超電導体を用いることで、液体窒素を用いることが可能となり、冷却コストを下げることができ、また、取り扱いも容易となる。
なお、ＳＱＵＩＤループ１及びピックアップループ２を構成する超電導体と超電導体膜３を構成する超電導体とは同じであっても良いし、異なっていても良い。
【００２２】
また、これらの超電導体を用いる場合、基板７としては、例えばＭｇＯ、ＳＴＯなどの酸化物からなる酸化物基板を用いることになる。
この場合、ＳＱＵＩＤループ１及びピックアップループ２は、酸化物基板７の上方に設けられることになる。つまり、ＳＱＵＩＤループ１及びピックアップループ２は、酸化物基板７の上方に設けられており、超電導体膜３は、絶縁体膜６を介してピックアップループ２の上方及び下方の少なくとも一方に設けられていることになる［例えば図１（Ｃ）、図２（Ｃ）、図２（Ｄ）参照］。
【００２３】
また、本実施形態では、ＳＱＵＩＤループ１に含まれるジョセフソン接合４は、ステップエッジ構造、ランプエッジ構造、バイクリスタル構造、バイエピタキシャル構造のいずれかの構造を有する。
つまり、ＳＱＵＩＤループ１に含まれるジョセフソン接合４は、ステップエッジ構造、ランプエッジ構造、バイクリスタル構造、バイエピタキシャル構造のいずれかの構造によって設けられたバリア層を備える。
【００２４】
ここで、図３は、ステップエッジ構造のジョセフソン接合４を例示しており、基板７に設けられたステップ７Ｘ上に堆積したＳＱＵＩＤループ１を構成する超電導体膜に結晶粒界が発生し、これがジョセフソン接合４のバリア層４Ｘとして機能する。
なお、上述の実施形態では、超電導電流が流れるのを阻止する領域５は、スリット５Ｘであるが、これに限られるものではなく、超電導体の性質が破壊されている破壊領域であっても良い。つまり、超電導体膜３は、ループにならないように１箇所以上に破壊領域を備えるものとしても良い。
【００２５】
この場合、ピックアップループ２に沿って設けられる超電導体膜３に超電導電流が流れるのを阻止するように、少なくとも１箇所で例えばイオン注入などによって超電導体の性質を破壊することで、超電導体膜３に破壊領域を設ければ良い。
ところで、上述のような構成を採用しているのは、以下の理由による。
従来から、超電導体のジョセフソン接合をループにしたＳＱＵＩＤ構造（ＳＱＵＩＤループ）が、超高感度の磁気センサとして使用されている。
【００２６】
超電導体のジョセフソン接合は、金属系超電導体又は酸化物系超電導体を用いて作製することができる。
このうち、酸化物系超電導体を用いて作製されたジョセフソン接合は、液体窒素を使用した約７７Ｋで使用できるため、コスト低下と取扱いの容易さから有用であり、その特性を高める研究が続けられている。
【００２７】
例えば、バイクリスタル基板上に作製したジョセフソン接合、段差基板上に作製したジョセフソン接合（ステップエッジ型接合）、界面改質バリアを用いたランプエッジ型ジョセフソン接合などが、ＹＢＣＯ系（Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3ＯX）の材料を用いて提案されている（上述の非特許文献１参照）。
ところで、近年、外部磁束を効率的に捕捉する磁気検出器として、酸化物基板の上方に設けられ、酸化物系超電導体で作製したジョセフソン接合を含むＳＱＵＩＤループ及びピックアップループで構成されるＳＱＵＩＤ素子（超電導体素子）を利用したマグネットメータやグラジオメータなどが広く用いられている。
【００２８】
このようなＳＱＵＩＤ素子を応用した磁気検出器（磁気測定装置）は、例えば、生体から出る微少磁場（脳磁場、心臓磁場）の計測、地中深くに存在する金属資源探査や熱水鉱床探査、微小異物の検査、インフラや土木関係での非破壊検査などに使用されており、いずれの応用においてもＳＱＵＩＤ素子の感度（磁場感度）を向上させることが重要になっている。
【００２９】
そこで、ピックアップループのインダクタンスを低減し、ＳＱＵＩＤループへの注入効率を高めて、ＳＱＵＩＤ素子（超電導体素子）の感度を向上させるために、上述のような構成を採用している。
特に、酸化物基板の上方に設けられ、酸化物系超電導体で作製したジョセフソン接合を含むＳＱＵＩＤループ及びピックアップループで構成されるＳＱＵＩＤ素子やこのようなＳＱＵＩＤ素子を利用したマグネットメータやグラジオメータなどの磁気検出器において、ピップアップループが捉えた磁場信号をＳＱＵＩＤループに注入する効率を向上させて、ＳＱＵＩＤ素子の感度を向上させるために、上述のような構成を採用するのが好ましい。
【００３０】
上述のような構成を採用するに際しては、まず、ピックアップループが捉えた磁場は、電流としてＳＱＵＩＤループに注入されることに注目して鋭意検討した。
その結果、ピックアップループのインダクタンスを低減することで、ＳＱＵＩＤループへの注入電流が増えることから、ピックアップループを覆うように超電導体膜を設けることで、ピックアップループのインダクタンスを低減させることにした。
【００３１】
また、このような超電導体膜を設けると、ピックアップループだけでなく、超電導体膜にも超電導電流（磁場信号による周回電流）が流れてしまうことになり、ＳＱＵＩＤループに流れる電流が減少してしまうため、超電導体膜に超電導電流が流れるのを阻止する領域を設けることにした。
以下、図４に示すように、直結型のマグネットメータに利用され、外部磁束（外部信号；外部の磁気信号）を高感度に捕捉でき、磁場に高感度であるＳＱＵＩＤ素子であって、酸化物基板の上方に、酸化物系超電導体膜を用いて、外部磁束を捉えるピックアップループ２と、ピックアップループ２が捉えた外部磁束に応じて注入される注入電流が発生する磁束を捉えるＳＱＵＩＤループ１とを一体的に形成したＳＱＵＩＤ素子８に本発明を適用する場合を例に挙げて説明する。
【００３２】
ここでは、ＳＱＵＩＤループ１は、磁束センサであり、例えば数十μｍ程度（矩形の場合には数十μｍ角程度）のミクロンオーダのサイズのループに２個のジョセフソン接合４（ここでは酸化物系超電導体のジョセフソン接合）を備える。
このＳＱＵＩＤループ１（ＳＱＵＩＤ構造）の中核であるジョセフソン接合４は、超電導体間に極薄い絶縁体や常伝導体のバリア層と呼ばれる非超電導体層を挟むことで実現できる。
【００３３】
特に、酸化物系超電導体を使用する場合は、幅が数ミクロン程度の細線に形成される結晶粒界をバリア層として使用することができる。
結晶粒界の作製手法としては、例えば、同一物質で結晶方位が異なる基板を貼付けた酸化物バイクリスタル基板上に、酸化物超電導体薄膜を堆積する方法（バイクリスタル構造）、酸化物基板上に結晶方位が異なる酸化物母薄膜を堆積し、その上に酸化物超電導体薄膜を堆積する方法（バイエピタキシャル構造）、酸化物基板に段差（ステップ）を作製し、その上に酸化物超電導体薄膜を堆積する方法（ステップエッジ構造）、ランプエッジ構造等の手法がある。
【００３４】
ピックアップループ２は、外部磁束を効率的に捕捉して、感度を上げるための検出コイルであり、そのサイズ（大きさ；寸法）が酸化物基板のサイズ（寸法）で制限され、例えば約１ｃｍ程度（矩形の場合は約１ｃｍ角程度）のセンチメートルオーダである。
なお、ＳＱＵＩＤループ１とピックアップループ２の共有部分９は、ピックアップループ２が捉えた外部磁束（ピックアップループ２の磁束変化）を注入電流としてＳＱＵＩＤループ１に伝達する部分、即ち、ピックアップループ２が捕らえた磁束由来の電流をＳＱＵＩＤループ１に導く部分であり、入力コイル（インプットコイル）という。
【００３５】
このようなＳＱＵＩＤ素子８では、図５に示すように、ピックアップループ２が捉えた外部磁束（磁束変化）に応じてピックアップループ２に周回電流（超電導電流）が流れ、これがＳＱＵＩＤループ１に注入される注入電流としてＳＱＵＩＤループ１に供給され、この注入電流が発生する磁束をＳＱＵＩＤループ１が捉えるようになっている。
この場合、ピックアップループ２に磁束φが入ると、ピッルアップループ２のインダクタンスをＬｃｏｉｌとし、ピックアップループ２を流れる周回電流をＩｃｏｉｌとすると、ＬｃｏｉｌとＩｃｏｉｌの間には、Ｌｃｏｉｌ・Ｉｃｏｉｌ＝φの関係がある。
【００３６】
ここで、ピックアップループ２の周辺の磁束密度をＢとし、ピックアップループ２の面積をＳとすると、ピックアップループ２に入射する全磁束φは、φ＝ＢＳとなり、これは、磁束量子φ０の整数倍、即ち、φ＝ＢＳ＝ｎφ０である。なお、磁束量子φ０は定数（＝２．０７×１０−１５weber）である。
ピックアップループ２を流れる周回電流がＳＱＵＩＤループ１の一部を流れることで、ＳＱＵＩＤループ１に磁場（磁束；磁気）を供給するから、即ち、ＳＱＵＩＤループ１が感じる電流はＩｃｏｉｌであるから、Ｉｃｏｉｌを大きくすることで、即ち、Ｌｃｏｉｌを小さくすることで、ＳＱＵＩＤ素子８の感度（磁場感度）を向上させることができる。
【００３７】
ここで、ピックアップループ２のインダクタンスＬｃｏｉｌを小さくする方法としては、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、基板７の上方に設けられるピックアップループ２の下方及び上方の少なくとも一方（ここでは下方）の全面に、絶縁体膜（絶縁層）６を介して、超電導体膜（超電導体層；例えば酸化物系超電導体膜）３Ｘを積層することが考えられる。
【００３８】
しかしながら、図６に示すように、ピックアップループ２の下方及び上方の少なくとも一方（ここでは下方）の全面に超電導体膜３Ｘを積層して、ピックアップループ２の下層又は上層（ここでは下層）に超電導体膜３Ｘからなる超電導グランドプレーン層を設けると、超電導マイスナー効果でピックアップループ２に外部磁場（磁束）が侵入できなくなり、磁気を検出することができなくなり、センサとして機能しなくなってしまう。
【００３９】
このため、図７に示すように、超電導グランドプレーン層３Ｘに磁束φが侵入できる領域３Ａを設けて、リング状（ループ状）の超電導体膜３とすることが考えられる。
つまり、超電導体膜（超電導体層）３を、ピックアップループ２の直下又は直上のみ（ここでは直下のみ）にピックアップループ２に沿ってリング状（ループ状）に設けることで、その内側に磁束φが侵入できる領域（磁束φが入る十分な面積を有する開口部）３Ａを設けることが考えられる。
【００４０】
これにより、ピックアップループ２のインダクタンスＬｃｏｉｌを小さくすることができるとともに、ピックアップループ２に、外部磁束（外部磁場）が入って、外部磁束による周回電流（超電導電流）が誘起され、磁気を検出することが可能となり、センサとして機能することになる。
しかしながら、この場合、外部磁束φによって誘起される周回電流は、ピックアップループ２とリング状の超電導体膜３の両方に同時に発生するため、ＳＱＵＩＤループ１に注入される電流Ｉｃｏｉｌは減少してしまう。
【００４１】
そこで、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）に示すように、ピックアップループ２の直下又は直上のみ（ここでは直下のみ）にピックアップループ２に沿ってリング状に設けられた超電導体膜３に、周回電流が流れるのを阻止する領域５（ここではスリット５Ｘ）を設け、リング状の超電導体膜３に周回電流が流れないようにすることで、ピックアップループ２のＬｃｏｉｌのみを低減し、ピックアップループ２に流れる周回電流、即ち、ＳＱＵＩＤループ１が感じる電流Ｉｃｏｉｌを増加させて、超電導体素子８としてのＳＱＵＩＤ素子の感度を向上させるようにしている。
【００４２】
このように、酸化物基板７の上方に設けられ、酸化物超電導体で作製したジョセフソン接合４を含むＳＱＵＩＤループ１と、酸化物超電導体で作製したピックアップループ２とで構成されるＳＱＵＩＤ素子８及びこれを用いたマグネットメータにおいて、ピップアップループ２の上層又は下層にピックアップループ２に沿って積層された超電導体膜３を設けることで、ピックアップループ２のインダクタンスを低減できるようにしている。
【００４３】
また、超電導体膜３に入射磁束による周回超電導電流が流れないように超電導電流が流れるのを阻止する領域５（ここではスリット５Ｘ）を設けることで、ピックアップループ２が捉えた磁場信号をＳＱＵＩＤループ１に注入する効率を向上させて、超電導体素子８としてのＳＱＵＩＤ素子の感度を高めるようにしている。
次に、本実施形態にかかる超電導体素子の製造方法について説明する。
【００４４】
本実施形態にかかる超電導体素子（ＳＱＵＩＤ素子）の製造方法は、ジョセフソン接合４を含むＳＱＵＩＤループ１、及び、ＳＱＵＩＤループ１に接続されたピックアップループ２を形成する工程と、ピックアップループ２の上方及び下方の少なくとも一方にピックアップループ２に沿って設けられ、かつ、超電導電流が流れるのを阻止する領域５を有する超電導体膜３を形成する工程とを含む。
【００４５】
具体的には、以下のようにして作製することができる。
ここでは、マグネットメータに用いられ、ジョセフソン接合４としてステップエッジ型（段差型）を用いる超電導体素子（ＳＱＵＩＤ素子）８を例に挙げて説明する。
まず、約０．５ｍｍ厚で約１５ｍｍ角のＭｇＯ基板（酸化物基板）７上に、イオンミリングで、ステップ状に斜面を形成する（例えば図３参照）。
【００４６】
つまり、まず、ＭｇＯ基板７上に、ポジレジストを約１μｍの厚さになるようにスピンコータで塗布する。
次に、約８５℃で約２０分のプリベークを行ない、露光装置でジョセフソン接合４を形成する部分を矩形形状（円形形状でも良い；リング状の形状であれば良い）に露光する。
次に、レジストの現像とリンスを行なった後に、約１１５℃で約１０分のポストベークを行なう。
【００４７】
次に、Ａｒイオンミリング装置に入射イオンビームと基板７とが角度θだけ傾くようにセットする。ここでは、ステップ状に形成された斜面の断面角度が約４０°になるようにイオンミリングを行なう。なお、イオンミリング中は基板７を回転させずに、セットした位置関係を保持したままにする。
そして、イオンミリング終了後は、酸素アッシング装置でレジストを除去する。
【００４８】
次に、上述のようにしてステップ状に形成された斜面を有するＭｇＯ基板７に、ＰＬＤ（パルス・レーザ・デポジション）法で、超電導体膜３としてのＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ（ＹＢＣＯ）薄膜を約２００ｎｍ堆積させる。
ここでは、波長約２４８ｎｍのエキシマレーザを、ターゲット上のレーザパワー密度約２Ｊ／ｃｍ２、５Ｈｚで、ＹＢＣＯターゲットに照射する。堆積中の酸素分圧は約１３．３Ｐａで、基板温度は約７４０℃である。
【００４９】
このようにして１層目のＹＢＣＯ薄膜３を堆積させた後、引き続いて、ＰＬＤ法で、絶縁体膜６である約２００ｎｍのＳｒＳｎＯ３薄膜（酸化膜）を堆積させ、その上に、ＳＱＵＩＤループ１及びピックアップループ２を形成するための２層目のＹＢＣＯ薄膜を約２００ｎｍ堆積させる。なお、堆積条件は上述の条件と同一である。
このようにして２層目のＹＢＣＯ薄膜を堆積させた後、上述したようなレジスト露光プロセスで、ステップ状に形成された斜面上にＳＱＵＩＤループ１（例えば約２０μｍ×約６０μｍ）が位置し、これに接続されるようにピックアップループ２が形成され、これらに接続されるように信号を導く線路や電極パッドなどが形成されるようにパターンを形成し、このパターンを用いてＡｒイオンミリングで加工を行なう。ここでは、基板７を回転させながら加工を行なう。
【００５０】
このような加工を行なった後にレジストをアッシング処理することで、スリット５Ｘが入っていない構造を有する２層目のＹＢＣＯ薄膜を形成する［例えば図７（Ａ）、図７（Ｂ）参照］。
次に、上述のようにしてパターニングされた２層目のＹＢＣＯ薄膜に、超電導電流が流れるのを阻止する領域５としてのスリット５Ｘを形成すべく、レジスト露光プロセスとＡｒイオンミリングを用いて加工を行ない、レジストをアッシング処理することで、２層目のＹＢＣＯ薄膜にスリット５Ｘを形成して、超電導体素子（ＳＱＵＩＤ素子）８が完成する［例えば図１（Ａ）〜図１（Ｃ）、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）参照］。
【００５１】
ところで、上述の超電導体素子（ＳＱＵＩＤ素子）８を備えるものとして、例えばマグネットメータやグラジオメータなどの磁気測定装置を構成することができる。
この場合、磁気測定装置は、図９に示すように、上述の超電導体素子（ＳＱＵＩＤ−ｃｈｉｐ）８と、この超電導体素子８に接続された測定回路（検出回路；ここではＦＬＬ回路）１０とを備えるものとして構成される。
【００５２】
例えば、上述の超電導体素子８は、に示すように、容器（ＳＱＵＩＤ容器）１１の中に収容され、例えば液体窒素などの冷媒１２によって冷却されるようになっている。
また、上述の超電導体素子８は、図８に示すように、ＳＱＵＩＤループ１に接続された電極パッド１３、及び、ピックアップループ２に接続された電極パッド１４を備え、これらの電極パッド１３、１４に配線が接続されている。
【００５３】
ここでは、図９に示すように、上述の超電導体素子８に、配線を介して、検出回路（磁気検出回路）１０としてのＦＬＬ（Flux Lock Loop）回路が接続されている。
さらに、ここでは、ＦＬＬ回路１０に、磁気信号受信機１５を介して、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）１６が接続されている。また、ＰＣ１６は、磁場発生用送信電源１７にも接続されており、磁場発生用送信電源１７は、磁場発生用コイル１８に接続されている。そして、ＰＣ１６は、タイミング制御を行なうとともに、データロガーとしても機能するようになっている。
【００５４】
このような構成を備える磁気測定装置は、例えば、地下の非抵抗分布を捉える方法（ＴＥＭ法）として、例えば地下資源探査（例えば金属資源、地下水など）に利用される。
この場合、地表に磁場発生用コイル１８（例えば半径数ｍ〜１００ｍ程度）を設置する。
この磁場発生用コイル１８に磁場発生用送信電源１７によって直流電流を流すと周囲に磁場ができ、この送信電流をある時点で急に遮断すると発生磁場は急激にゼロになる。この急激な変動を妨げるように大地の表面に誘導電流が流れ、磁場を維持しようとする。
【００５５】
この地表付近に誘導された電流は、電流経路の抵抗に応じて時間と共に熱になって減衰するが、誘導電流の減衰は同時に磁場の減衰も生じさせ、この減衰を妨げるように新しい誘導電流が地下に発生する。
このようなプロセスを順次繰り返して、誘導電流は地下深部へと入って行く。
こうした誘導電流が作る磁場の減衰（磁気信号）を、地上の超電導体素子８及び検出回路１０で観測することで地下の比抵抗分布を知ることができる。この場合、超電導体素子８が高感度であればあるほど、地下深くからの磁気信号を捉えることが可能である。
【００５６】
したがって、本実施形態にかかる超電導体素子及びその製造方法、磁気測定装置は、ピックアップループ２のインダクタンスを低減し、ＳＱＵＩＤループ１への注入効率を高めて、超電導体素子８の感度を向上させることができるという効果を有する。
特に、酸化物基板７の上方に設けられ、酸化物超電導体で作製したジョセフソン接合４を含むＳＱＵＩＤループ１と、酸化物超電導体で作製したピックアップループ２とで構成されるＳＱＵＩＤ素子（超電導体素子）８及びこれを用いたマグネットメータやグラジオメータなどの磁気測定装置において、ピップアップループ２の上層又は下層にピックアップループ２に沿って積層された超電導体膜３を設けることで、ピックアップループ２のインダクタンスを低減することができる。
【００５７】
また、超電導体膜３に入射磁束による周回超電導電流が流れないように超電導電流が流れるのを阻止する領域５（ここではスリット５Ｘ）を設けることで、ピックアップループ２が捉えた磁場信号をＳＱＵＩＤループ１に注入する効率を向上させて、超電導体素子としてのＳＱＵＩＤ素子８の感度を高めることができる。
このように、超電導体産業の技術分野において利用可能性が高いものである。
【００５８】
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
以下、上述の実施形態に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
ジョセフソン接合を含むＳＱＵＩＤ（Superconducting quantum interference device）ループと、
前記ＳＱＵＩＤループに接続されたピックアップループと、
前記ピックアップループの上方及び下方の少なくとも一方に前記ピックアップループに沿って設けられ、かつ、超電導電流が流れるのを阻止する領域を有する超電導体膜とを備えることを特徴とする超電導体素子。
【００５９】
（付記２）
前記領域は、スリットであることを特徴とする、付記１に記載の超電導体素子。
（付記３）
前記領域は、超電導体の性質が破壊されている破壊領域であることを特徴とする、付記１に記載の超電導体素子。
【００６０】
（付記４）
前記ＳＱＵＩＤループ及び前記ピックアップループは、酸化物基板の上方に設けられており、
前記超電導体膜は、絶縁体膜を介して前記ピックアップループの上方及び下方の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の超電導体素子。
【００６１】
（付記５）
前記ＳＱＵＩＤループ、前記ピックアップループ及び前記超電導体膜を構成する超電導体は、酸化物系超電導体、ホウ化物系超電導体、鉄系超電導体のいずれかの超電導体であることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の超電導体素子。
（付記６）
前記ＳＱＵＩＤループに含まれるジョセフソン接合は、ステップエッジ構造、ランプエッジ構造、バイクリスタル構造、バイエピタキシャル構造のいずれかの構造を有することを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の超電導体素子。
【００６２】
（付記７）
超電導体素子と、
前記超電導体素子に接続された測定回路とを備え、
前記超電導体素子は、
ジョセフソン接合を含むＳＱＵＩＤ（Superconducting quantum interference device）ループと、
前記ＳＱＵＩＤループに接続されたピックアップループと、
前記ピックアップループの上方及び下方の少なくとも一方に前記ピックアップループに沿って設けられ、かつ、超電導電流が流れるのを阻止する領域を有する超電導体膜とを備えることを特徴とする磁気測定装置。
【００６３】
（付記８）
前記領域は、スリットであることを特徴とする、付記７に記載の磁気測定装置。
（付記９）
前記領域は、超電導体の性質が破壊されている破壊領域であることを特徴とする、付記７に記載の磁気測定装置。
【００６４】
（付記１０）
前記ＳＱＵＩＤループ及び前記ピックアップループは、酸化物基板の上方に設けられており、
前記超電導体膜は、絶縁体膜を介して前記ピックアップループの上方及び下方の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする、付記７〜９のいずれか１項に記載の磁気測定装置。
【００６５】
（付記１１）
前記ＳＱＵＩＤループ、前記ピックアップループ及び前記超電導体膜を構成する超電導体は、酸化物系超電導体、ホウ化物系超電導体、鉄系超電導体のいずれかの超電導体であることを特徴とする、付記７〜１０のいずれか１項に記載の磁気測定装置。
（付記１２）
前記ＳＱＵＩＤループに含まれるジョセフソン接合は、ステップエッジ構造、ランプエッジ構造、バイクリスタル構造、バイエピタキシャル構造のいずれかの構造を有することを特徴とする、付記７〜１１のいずれか１項に記載の磁気測定装置。
【００６６】
（付記１３）
ジョセフソン接合を含むＳＱＵＩＤ（Superconducting quantum interference device）ループ、及び、前記ＳＱＵＩＤループに接続されたピックアップループを形成する工程と、
前記ピックアップループの上方及び下方の少なくとも一方に前記ピックアップループに沿って設けられ、かつ、超電導電流が流れるのを阻止する領域を有する超電導体膜を形成する工程とを含むことを特徴とする超電導体素子の製造方法。
【符号の説明】
【００６７】
１  ＳＱＵＩＤループ
２  ピックアップループ
３、３Ｘ  超電導体膜
３Ａ  磁束が侵入できる領域（開口部）
４  ジョセフソン接合
４Ｘ  バリア層
５  超電導電流が流れるのを阻止する領域
５Ｘ  スリット
６  絶縁体膜
７  基板（酸化物基板）
７Ｘ  ステップ（斜面）
８  ＳＱＵＩＤ素子（超電導体素子；ＳＱＵＩＤ−ｃｈｉｐ）
９  ＳＱＵＩＤループとピックアップループの共有部分（入力コイル）
１０  ＦＬＬ回路（測定回路；検出回路）
１１  容器（ＳＱＵＩＤ容器）
１２  冷媒（液体窒素）
１３、１４  電極パッド
１５  磁気信号受信機
１６  ＰＣ
１７  磁場発生用送信電源
１８  磁場発生用コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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