(57)【要約】【課題】ジョセフソン接合を簡易に得ることができる超伝導バルクの製造方法を提供すること。【解決手段】Ｙ１２３超伝導体（２１）にＹ２１１常伝導体（２０）を拡散させ、Ｙ１２３超伝導体（２１）の表面にＹ２１１常伝導体（２２）を形成する。次いで、Ｙ２１１常伝導体（２２）にＹ１２３超伝導体（２１）を拡散させ、Ｙ２１１常伝導体（２２）にＹ１２３超伝導体（２４）を形成し、Ｙ１２３超伝導体（２１）／Ｙ２１１常伝導体（２２）／Ｙ１２３超伝導体（２４）の三層構造を形成する。【選択図】    図１
2004228423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の超伝導体に常伝導体を拡散させ、前記第１の超伝導体の表面に常伝導体の層を形成する工程と、
前記常伝導体の層に第２の超伝導体を拡散させ、前記常伝導体の層の表面に超伝導体の層を形成し、超伝導体／常伝導体／超伝導体の三層構造を得る工程と
を具備することを特徴とする超伝導バルクの製造方法。
【請求項２】
第１、第２、第３の超伝導バルク、及び第１、第２の常伝導バルクを形成する工程と、
前記第１の超伝導バルクを前記第１、第２の常伝導バルクで挟んだ状態で、前記第１の超伝導バルクに前記第１、第２の常伝導バルクを部分溶融し、前記第１の超伝導バルクの表面に常伝導体の層を形成する工程と、
前記部分溶融された第１の超伝導バルクを前記第２、第３の超伝導バルクで挟んだ状態で、この第１の超伝導バルクに前記第２、第３の超伝導バルクを再部分溶融し、前記常伝導体の層の表面に超伝導体の層を形成し、超伝導体／常伝導体／超伝導体の三層構造を得る工程と
を具備することを特徴とする超伝導バルクの製造方法。
【請求項３】
前記超伝導体は、ＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｙを含む超伝導相を有し、
前記常伝導体は、Ｌｎ２ＢａＣｕＯｘを含む常伝導相を有することを特徴とする請求項１及び請求項２いずれかに記載の超伝導バルクの製造方法。
（ただし、Ｌｎはイットリウム、及び希土類元素のいずれかを含む）
【請求項４】
第１の超伝導体に常伝導体を拡散させ、前記第１の超伝導体の表面に常伝導体の層を形成する工程と、
前記常伝導体の層に第２の超伝導体を拡散させ、前記常伝導体の層の表面に超伝導体の層を形成し、超伝導体／常伝導体／超伝導体の三層構造を得る工程と、
前記三層構造の超伝導体間に電界を与え、前記超伝導体に挟まれた前記常伝導体の層に前記超伝導体どうしを弱結合させるブリッジを形成する工程と
を具備することを特徴とする弱結合型ジョセフソン素子の製造方法。
【請求項５】
第１、第２、第３の超伝導バルク、及び第１、第２の常伝導バルクを形成する工程と、
前記第１の超伝導バルクを前記第１、第２の常伝導バルクで挟んだ状態で、前記第１の超伝導バルクに前記第１、第２の常伝導バルクを部分溶融し、前記第１の超伝導バルクの表面に常伝導体の層を形成する工程と、
前記部分溶融された第１の超伝導バルクを前記第２、第３の超伝導バルクで挟んだ状態で、この第１の超伝導バルクに前記第２、第３の超伝導バルクを再部分溶融し、前記常伝導体の層の表面に超伝導体の層を形成し、超伝導体／常伝導体／超伝導体の三層構造を得る工程と、
前記再部分溶融された第１の超伝導バルクを分割し、前記第１の超伝導バルクの未溶融部分を露出させる工程と、
前記第１の超伝導体バルクの未溶融部分と前記常伝導体の層の表面に形成された前記超伝導体の層との間に電界を与え、前記常伝導体の層に前記未溶融部分と前記超伝導体の層とを弱結合させるブリッジを形成する工程と
を具備することを特徴とする弱結合型ジョセフソン素子の製造方法。
【請求項６】
前記超伝導体は、ＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｙを含む超伝導相を有し、
前記常伝導体は、Ｌｎ２ＢａＣｕＯｘを含む常伝導相を有することを特徴とする請求項４及び請求項５いずれかに記載の弱結合型ジョセフソン素子の製造方法。
（ただし、Ｌｎはイットリウム、及び希土類元素のいずれかを含む）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超伝導バルクの製造方法及びその超伝導バルクを用いた弱結合型ジョセフソン素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジョセフソン素子は２個の超伝導体あるいは超伝導薄膜を弱く結合して構成したものであり、形態としてトンネル型、弱結合型（ブリッジ型）、近接効果型、ポイントコンタクト型等がある。ジョセフソン素子は磁束に敏感で磁束計に利用される。ジョセフソン素子を利用した磁束計としては超伝導量子干渉型デバイス（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ＱＵａｎｔｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＱＵＩＤ）がよく知られている。なかでも、導電性のループ内に２つのジョセフソン素子を形成したＤＣ−ＳＱＵＩＤは、きわめて高感度の磁束計に応用でき、例えば、生体磁気計測器として医療の分野への普及が期待されている。脳磁計測、心磁計測等である。
【０００３】
図５にＤＣ−ＳＱＵＩＤの概略構成を示す。図５において、５はループ、６、７はジョセフソン素子である。ループ５を貫く外部磁場によってジョセフソン結合素子６、７を横切る電子の干渉が影響を受けこれによって磁気検出する。ＤＣ−ＳＱＵＩＤの電流−電圧特性は外部磁束に対して周期的に変動し、その周期はΦ０＝２．０７×１０−１５Ｗｂという極めて微小な磁束量である。この性質を利用することにより、きわめて高感度の磁束計測を行なうことができる。
【０００４】
従来のジョセフソン素子の例は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された例は、超伝導膜のエッジを利用するエッジトンネル型のジョセフソン素子である。エッジトンネル型のジョセフソン素子は積層した膜のエッジ部を利用することによって弱結合部の面積を微細に形成できるという特徴を持つ。これはＤＣ−ＳＱＵＩＤの高感度化やジョセフソン素子部分での磁束トラップの軽減に有用である。図６Ａ〜図６Ｄにその製造例を示す。図６に示す製造例は、窒化ニオブ（ＮｂＮ）／酸化マグネシウム（ＭｇＯ）／窒化ニオブ（ＮｂＮ）によってエッジトンネル型ジョセフソン素子を形成する例であり、まず、窒化ニオブ層８および接続用電極としてアルミニウム９を蒸着した後（図６Ａ）、窒化ニオブ層８を保護するためのアルミナ膜１０を形成し（図６Ｂ）、窒化ニオブ層８をエッチングしてエッジを形成し（図６Ｃ）、最後に酸化マグネシウムの絶縁薄膜と窒化ニオブの対向電極１１を形成する（図６Ｄ）。窒化ニオブ層８はベース電極であり対向電極１１との間で酸化マグネシウムの絶縁薄膜１２を挟むことによってこの部分でエッジトンネル型素子１３を構成する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１９６７６３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属ブリッジをもつ弱結合型ジョセフソン素子の場合には、弱結合部（超伝導性が左右で弱くつながる部分）の寸法（長さ、幅、膜厚）を超伝導コヒーレンス長（高温超伝導体では１００Ｋで約１ｎｍ）の３〜５倍以下に微細化する加工技術（ナノメートルパターニング技術）が必要である。また、例えば、トンネル型ジョセフソン素子の場合には、トンネルバリア厚を０．１ｎｍ程度で制御する必要があり、きわめて難しい技術となっている。このように超伝導量子干渉型デバイスの製作には高度の加工技術が要求され、これが普及遅延の原因になっている。ＤＣ−ＳＱＵＩＤの製作においても同様であり、従来の金属系トンネル型ジョセフソン素子を用いたものでは絶縁薄膜（トンネルバリア層）の厚さが約〜１ｎｍ程度のきわめて薄い膜を使用しているが、膜厚が０．５ｎｍ程度変動するだけで臨界電流密度Ｊｃが１桁もばらついてしまうため、トンネルバリア層の厚さを０．１ｎｍ程度で制御しなければならず、トンネル型ジョセフソン素子によるＤＣ−ＳＱＵＩＤの製作における技術上の一つの課題となっている。
【０００７】
ＤＣ−ＳＱＵＩＤの場合はループ内に一対のジョセフソン素子をつくるが、このＤＣ−ＳＱＵＩＤの感度はループインダクタンスＬｓおよび素子容量Ｃが小さいほど高くなることが知られている。ここで、ループインダクタンスＬｓは検出コイル系との磁束伝達効率を保つため任意には小さくできない。したがって、感度を上げるためには素子容量Ｃを小さくしなければならない。この素子容量Ｃはトンネル型のジョセフソン素子の場合、対向電極面積Ａ、面間隔ｄとするとＡ／ｄに依存するから、素子容量Ｃを小さくするには電極面積Ａを小さくし、面間隔（トンネルバリア層の厚さ）ｄを大きくすればよい。しかしながら、トンネル型ジョセフソン素子の場合はトンネル効果による特性を得るため面間隔ｄを１〜２ｎｍ程度より大きくすることは不可能である。そこで、従来のＤＣ−ＳＱＵＩＤでは、〜１ｎｍ程度の薄い絶縁薄膜を使用してジョセフソン素子を形成しているが、この薄膜形成技術は容易でなく、工業上はより簡易な素子製造法が望ましい。
【０００８】
この発明は上記の事情に鑑み為されたもので、その目的は、ジョセフソン素子を簡易に得ることができる超伝導バルクの製造方法及びその超伝導バルクを用いた弱結合型ジョセフソン素子の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の第１態様に係る超伝導バルクの製造方法は、第１の超伝導体に常伝導体を拡散させて前記第１の超伝導体の表面に常伝導体の層を形成する。次いで、前記常伝導体の層に第２の超伝導体を拡散させて前記常伝導体の層の表面に超伝導体の層を形成し、超伝導体／常伝導体／超伝導体の三層構造を得ることを特徴としている。
【００１０】
上記第１態様に係る超伝導バルクの製造方法によれば、超伝導体／常伝導体／超伝導体の三層構造を有する超伝導体バルクが拡散によりつくられる。この三層構造は超伝導体に挟まれた層状の常伝導体を有しており、例えば、ジョセフソン素子に応用できる。さらに層状の常伝導体層は拡散によりつくられるので、ジョセフソン素子を、例えば、絶縁薄膜（トンネル型）もしくは常伝導体薄膜（近接効果型）を堆積によりつくる、あるいはブリッジ（弱結合型＝ブリッジ型）を加工によりつくる場合に比べて、より簡易に得ることができる。
【００１１】
また、この発明の第２態様に係る超伝導バルクの製造方法は、第１、第２、第３の超伝導バルク、及び第１、第２の常伝導バルクを形成し、前記第１の超伝導バルクを前記第１、第２の常伝導バルクで挟んだ状態で、前記第１の超伝導バルクに前記第１、第２の常伝導バルクを部分溶融し、前記第１の超伝導バルクの表面に常伝導体の層を形成する。次いで、前記部分溶融された第１の超伝導バルクを前記第２、第３の超伝導バルクで挟んだ状態で、この第１の超伝導バルクに前記第２、第３の超伝導バルクを再部分溶融し、前記常伝導体の層の表面に超伝導体の層を形成し、超伝導体／常伝導体／超伝導体の三層構造を得ることを特徴としている。
【００１２】
上記第２態様に係る超伝導バルクの製造方法においても、超伝導体／常伝導体／超伝導体の三層構造を有する超伝導体バルクが拡散によりつくられるので、第１態様に係る超伝導バルクと同様な作用を得ることができる。加えて、第１の超伝導バルクを第１、第２の常伝導バルクで挟んだ状態で部分溶融する、さらに部分溶融された第１の超伝導バルクを第２、第３の超伝導バルクで挟んだ状態で、再部分溶融するので、超伝導体／常伝導体／超伝導体の三層構造をより清浄な状態で得ることができる。
【００１３】
また、第３態様に係る超伝導バルクの製造方法は、第１、第２態様に係る超伝導バルクの製造方法において、超伝導体をイットリウム酸化物超伝導体（又は希土類酸化物超伝導体）とし、常伝導体をイットリウム酸化物常伝導体（又は希土類酸化物常伝導体）とする。
【００１４】
上記第３態様に係る超伝導バルクの製造方法によれば、ジョセフソン素子の臨界電流密度Ｊｃを制御することが可能となる。イットリウム酸化物常伝導体（又は希土類酸化物常伝導体）、並びにイットリウム酸化物超伝導体（又は希土類酸化物超伝導体）の拡散厚は、拡散条件、例えば、部分溶融条件、もしくは再部分溶融条件を変更することで制御できる。例えば、イットリウム酸化物常伝導体（又は希土類酸化物常伝導体）の拡散厚を制御すると、臨界電流密度Ｊｃを制御することが可能になる。例えば、イットリウム酸化物常伝導体（又は希土類酸化物常伝導体）の拡散厚を増すと、イットリウム酸化物常伝導体（又は希土類酸化物常伝導体）の総量が増え、臨界電流密度Ｊｃが向上する。イットリウム酸化物常伝導体（又は希土類酸化物常伝導体）が、ピンニング中心として働くためである。ＳＱＵＩＤにおいて、磁束の変化はジョセフソン素子の臨界電流密度Ｊｃに対応する。イットリウム酸化物常伝導体（又は希土類酸化物常伝導体）の拡散厚を制御し、臨界電流密度Ｊｃを制御すれば、ＳＱＵＩＤの特性、例えば、感度等の制御が可能となり、ＳＱＵＩＤの製造の簡単化に役立つ。
【００１５】
第１〜第３態様に係る製造方法によって製造された超伝導バルクを用いてジョセフソン素子を製造すれば、簡易に製造することが可能となり、工業的に有用である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を弱結合型ジョセフソン素子の製造方法を例に挙げ、図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００１７】
図１Ａ〜図１Ｇはこの発明の一実施形態に係る弱結合型ジョセフソン素子の製造方法を示す断面図である。
【００１８】
まず、固相反応法を用いて、イットリウム酸化物常伝導バルク（Ｙ２ＢａＣｕＯｘ、例えばＹ２ＢａＣｕＯ５、以下Ｙ２１１と略す）２０、及びイットリウム酸化物超伝導バルク（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ、例えばＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７、以下Ｙ１２３と略す）２１をそれぞれ製造する。Ｙ２１１常伝導バルク２０は、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕの組成比が２：１：１となるように材料を混合し、仮焼成と粉砕とを数回、例えば、５回繰り返した後、半径１５．８２ｍｍの円筒に挿入し、例えば、５ＭＰａの圧力をかけてバルク状に形成し、本焼成を行なうことで製造される。Ｙ１２３超伝導バルク２１も、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕの組成比が１：２：３となるように材料を混合し、Ｙ２１１常伝導バルク２０と同様にして製造される。本例においては、図１Ａに示すように、Ｙ２１１常伝導バルク２０を２枚（２０−１、２０−２）、Ｙ１２３超伝導バルク２１を３枚製造する（２１−１、２１−２、２１−３）。Ｙ２１１常伝導バルク２０の平均半径は１５．６ｍｍ、平均高さは５．４ｍｍである。Ｙ１２３超伝導バルク２１の平均半径は１３．２ｍｍ、平均高さは４．４ｍｍである。
【００１９】
次いで、図１Ｂに示すように、Ｙ１２３超伝導バルク２１−１にＹ２１１常伝導体を拡散させ、Ｙ１２３超伝導バルク２１−１の表面にＹ２１１常伝導体の層を形成する。Ｙ２１１常伝導体の層は、例えば、部分溶融法により形成することができる。本例では、Ｙ１２３超伝導バルク２１−１をＹ２１１常伝導バルク２０−１、２０−２で挟んだ状態で、Ｙ１２３超伝導バルク２１−１にＹ２１１常伝導バルク２０−１、２０−２を部分溶融する。部分溶融後、Ｙ２１１常伝導バルク２０−１、２０−２はＹ１２３超伝導バルク２１−１から取り外す。部分溶融後のＹ１２３超伝導バルク２１−１の表面には、図１Ｃに示すように、Ｙ２１１常伝導相が層状に拡散されてＹ２１１常伝導体層２２が形成され、Ｙ１２３／Ｙ２１１の二層構造を持つ二層構造バルク２３が得られる。本例におけるＹ２１１常伝導体層２２の拡散厚Ｄの平均値は０．０２８ｍｍである。なお、Ｙ１２３超伝導バルク２１−１等は焼成や溶融により収縮される。
【００２０】
次いで、図１Ｄに示すように、Ｙ２１１常伝導体層２２にＹ１２３超伝導体を拡散させ、Ｙ２１１常伝導体層の表面にＹ１２３超伝導体の層を形成する。Ｙ１２３超伝導体の層もまた、例えば、部分溶融法により形成することができる。本例では、二層構造バルク２３をＹ１２３超伝導バルク２１−２、２１−３で挟んだ状態で、二層構造バルク２３にＹ１２３超伝導バルク２１−２、２１−３を再部分溶融する。再部分溶融後、Ｙ１２３超伝導バルク２１−２、２１−３を二層構造バルク２３から取り外す。再部分溶融後の二層構造バルク２３の表面、即ちＹ２１１常伝導体層２２の表面には、図１Ｅに示すように、Ｙ１２３超伝導相が層状に再拡散されてＹ１２３超伝導体層２４が形成される。このようにしてＹ１２３超伝導バルク２１−１とＹ１２３超伝導体層２４とで挟まれたＹ２１１常伝導体層２２を持つ、Ｙ１２３／Ｙ２１１／Ｙ１２３の三層構造バルク２５が得られる。
【００２１】
上記部分溶融、再部分溶融のタイムチャートの一例を図２に示す。本一例では、５℃／ｍｉｎで８００℃まで昇温、３００℃／ｍｉｎで１０４０℃まで昇温、１０４０℃を５ｍｉｎ保持、３０℃／ｍｉｎで１０００℃まで降温、１０℃／ｍｉｎで室温まで降温としている。
【００２２】
次いで、図１Ｆに示すように、三層構造バルク２５を、例えば、Ｙ２１１常伝導体層２２を横切る方向、例えば、Ｙ２１１常伝導体層２２に対して垂直な方向に分割し、Ｙ１２３超伝導バルク２１−１の部分溶融されていない部分（以下未溶融部分という）を露出させる。本例では、特に図１Ｆに示すように、三層構造バルク２５の側面にスライサの刃を入れ、三層構造バルク２５の平面（上面及び下面）に沿って分割する。これにより、Ｙ１２３超伝導バルク２１−１の未溶融部分とＹ１２３超伝導体層２４とがそれぞれ露出した２枚の三層構造バルク２５−１、２５−２が得られる。
【００２３】
次いで、図１Ｇに示すように、Ｙ２１１常伝導体層２２に、Ｙ１２３超伝導バルク２１−１の未溶融部分とＹ１２３超伝導体層２４とを弱結合させるブリッジ２７を形成する。ブリッジ２７を形成する一例は、電界放出法である。電界放出法は電界蒸発法とも呼ばれ、例えば、従来の技術の欄で説明した特許文献１に記載されている。本例では、電極２６を、Ｙ１２３超伝導バルク２１−１の未溶融部分とＹ１２３超伝導体層２４とに接触させ、Ｙ１２３超伝導バルク２１−１の未溶融部分とＹ１２３超伝導体層２４との間に電界を与える。これにより、Ｙ２１１常伝導体層２２に、Ｙ１２３超伝導バルク２１−１の未溶融部分とＹ１２３超伝導体層２４とを弱結合させるナノメートルサイズのブリッジ２７が形成される。本例により形成されるブリッジ２７は、特許文献１に記載されたブリッジと異なり、例えば、Ｙ１２３超伝導相により構成される。ブリッジ２７を構成するＹ１２３超伝導相は、例えば、Ｙ２１１常伝導体層２２中にわずかに析出したＹ１２３超伝導相どうしが、電界蒸発したＹ１２３超伝導相により電気的に接続されていく、あるいはＹ２１１常伝導体層２２中に生じたボイドやクラックに、電界蒸発したＹ１２３超伝導相が充填されていくことで得られる。このようにして、ナノメートルサイズのブリッジ２７が形成され、弱結合型ジョセフソン素子が完成する。
【００２４】
上記一実施形態に係る製造方法によれば、Ｙ１２３超伝導バルクにＹ２１１常伝導体を拡散させ、さらにＹ２１１常伝導体にＹ１２３超伝導体を拡散させることで、Ｙ１２３超伝導バルク中にＹ２１１常伝導体層２２を層状に形成することができる。このため、ジョセフソン素子を、絶縁薄膜（トンネル型）もしくは常伝導体薄膜（近接効果型）を堆積によりつくる、あるいはブリッジ（弱結合型＝ブリッジ型）を加工によりつくる場合に比べて、より簡易に得ることができる。
【００２５】
また、Ｙ２１１常伝導体層２２の厚さＤＹ２１１は、拡散条件、例えば、部分溶融条件、もしくは再部分溶融条件を変更することで制御できる。例えば、上記一実施形態では部分溶融、再部分溶融を、部分溶融／再部分溶融温度をそれぞれ１０４０℃とし、部分溶融／再部分溶融時間をそれぞれ５分間とした（図２）。部分溶融／再部分溶融温度や時間を変えれば、厚さＤＹ２１１を厚くしたり、反対に薄くしたりすることが可能である。厚さＤＹ２１１を厚くすると、Ｙ１２３超伝導バルク中のＹ２１１常伝導相の量が増える。反対に薄くするとＹ２１１常伝導相の量が減る。Ｙ２１１常伝導相は非超伝導相であるから、ピンニング中心として働く。従って、厚さＤＹ２１１を制御することで、ジョセフソン素子の臨界電流密度Ｊｃを制御できる。厚さＤＹ２１１を増すと、臨界電流密度Ｊｃが向上する。反対に減ずると、臨界電流密度Ｊｃが低下する。例えば、ＤＣ−ＳＱＵＩＤにおいて、磁束の変化はジョセフソン素子の臨界電流密度Ｊｃに対応する。厚さＤＹ２１１を制御し、臨界電流密度Ｊｃを制御すれば、ＤＣ−ＳＱＵＩＤの特性、例えば、感度等の制御が可能となり、ＤＣ−ＳＱＵＩＤの製造の簡単化にも役立つ。
【００２６】
また、上記一実施形態では、Ｙ１２３超伝導バルク２１−１をＹ２１１常伝導バルク２０−１、２０−２で挟んだ状態で部分溶融して二層構造バルク２３を形成し、二層構造バルク２３をＹ１２３超伝導バルク２１−２、２１−３で挟んだ状態で再部分溶融して三層構造バルク２５を形成した。もちろん、三層構造バルク２５は、Ｙ１２３超伝導バルク２１−１をＹ２１１常伝導バルク２０−１、２０−２で挟んだり、二層構造バルク２３をＹ１２３超伝導バルク２１−２、２１−３で挟んだりしなくても形成できる。例えば、Ｙ１２３超伝導バルク上にＹ２１１常伝導バルクを１枚重ね、重ねた状態で拡散、例えば、部分溶融して二層構造バルク２３を形成し、二層構造バルク上にＹ１２３超伝導バルクを１枚重ね、重ねた状態で拡散、例えば再部分溶融することでも三層構造バルク２５を形成することができる。
【００２７】
ただし、上記一実施形態に係る製造方法には、三層構造バルク２５を清浄な状態で得られる、という利点がある。部分溶融／再部分溶融は、通常、蒸発皿で挟むことにより行われる。この際、Ｙ１２３超伝導バルク２１−１をＹ２１１常伝導バルク２０−１、２０−２で挟む、さらに二層構造バルク２３をＹ１２３超伝導バルク２１−２、２１−３で挟むことで、Ｙ１２３超伝導バルク２１−１や二層構造バルク２３が蒸発皿に直に触れなくなる。このため、蒸発皿からの不用意な不純物の混入を抑制でき、三層構造バルク２５を清浄な状態で形成でき、例えば、純度の高い三層構造バルク２５を得ることができる。
【００２８】
また、本例では三層構造バルク２５を分割する。これにより得られた構造は、Ｙ２１１常伝導体層２２にブリッジ２７が形成され易い、という利点がある。一実施形態に従って製造された三層構造バルク２５−１では、ブリッジ２７が、Ｙ２１１常伝導体層２２のうち、特に三層構造バルク２５−１の側面２８に沿った側面部分２９に多く形成される。この理由は様々に考えられるが、考えられ得る代表的な理由を挙げれば次の通りである。本例の三層構造バルク２５−１は、図３Ａに示すように、平面から見て円形である。従って、Ｙ２１１常伝導体層２２の側面部分２９もまた平面から見て円形であり、側面部分２９は曲面である。側面部分２９が曲面であるから、側面部分２９を挟むＹ１２３超伝導体バルク２１−１の部分、及びＹ１２３超伝導体層２４の部分は曲面となる。曲面は、平面に比べて電界が集中し易い。このため、Ｙ１２３超伝導体バルク２１−１、及びＹ１２３超伝導体層２４の電界放出は、側面部分２９に沿って促進される。さらに、本例のＹ２１１常伝導体層２２は、図３Ｂの断面に示すように、三層構造バルク２５−１の側面２８から、その上面３０に沿って曲がっている。この形もまた、側面部分２９に沿った電界放出を促進させる。さらに、本例は、三層構造バルク２５−１の側面２８にスライサの刃を入れ、三層構造バルク２５の上面３０に沿って、側面部分２９に対して、例えば、垂直に分割する。このため、側面部分２９には、三層構造バルク２５の分割方向に沿ったせん断力が加わる。これは、側面部分２９中に、三層構造バルク２５の分割方向に沿ったクラック３１を発生させる可能性がある。このクラック３１に、電界放出された、例えば、Ｙ１２３超伝導相が充填されれば、Ｙ１２３超伝導体バルク２１−１とＹ１２３超伝導体層２４とを弱結合させるブリッジ２７が形成される。
【００２９】
また、１枚の三層構造バルク２５を２枚のバルク２５−１、２５−２に分割するので、１枚の三層構造バルク２５から２個のジョセフソン素子を製造できる。１枚の三層構造バルク２５から複数のジョセフソン素子を製造できれば、コストパフォーマンスが良くなり、量産にも有利である。
【００３０】
以上、この発明を一実施形態により説明したが、この発明は一実施形態に限定されるものではなく、その実施にあたっては、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。
【００３１】
例えば、酸化物超伝導体としてＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙを、常伝導体としてＹ２ＢａＣｕＯｘを用いたが、それぞれイットリウム（Ｙ）を希土類元素に置換することが可能である。なかでも置換に好適な希土類元素としては、例えば、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇａ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）等を挙げることができる。
【００３２】
また、上記一実施形態は、三層構造バルク２５をつくり、この三層構造バルク２５を用いてジョセフソン素子を製造するという、ジョセフソン素子の製造方法を例示したが、三層構造バルク２５だけでも、超伝導現象を利用した製品に使うことができる。例えば、図１Ｅに示した三層構造バルク２５は、その内部に層状の常伝導体相２２を有しており、その結果、図１Ｃに示す二層構造バルク２３に比較してより強い反発・吸引力を持つ。図４に反発・吸引力の測定結果を示す。図４に示すように、二層構造バルク２３の反発・吸引力よりも三層構造バルク２５の反発・吸引力が強い。強い反発・吸引力を持つことは、強いピン止め力を有することを指す。強いピン止め力を持つ三層構造バルク２５は、例えば、フライホイールマグネット等に利用することが可能である。
【００３３】
また、上記一実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、一実施形態において開示した複数の構成要件の適宜な組み合わせにより、種々の段階の発明を抽出することも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ジョセフソン接合を簡易に得ることができる超伝導バルクの製造方法、及びその超伝導バルクを用いた弱結合型ジョセフソン素子の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａ〜図１Ｇはこの発明の一実施形態に係る弱結合型ジョセフソン素子の製造方法を示す断面図
【図２】図２は部分溶融／再部分溶融の溶融タイムチャートを示す図
【図３】図３Ａは一実施形態に従って製造された三層構造バルク２５−１の平面図、図３Ｂは図３Ａ中の３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図
【図４】図４は二層／三層構造バルクの反発・吸引力の測定結果を示す図
【図５】図５はＤＣ−ＳＱＵＩＤを示す図
【図６】図６Ａ〜図６Ｄはエッジトンネル型ジョセフソン素子の製造方法を示す断面図
【符号の説明】
２０…Ｙ２１１常伝導バルク、２１…Ｙ１２３超伝導バルク、２２…Ｙ２１１常伝導体層、２３…二層構造バルク、２４…Ｙ１２３超伝導体層、２５…三層構造バルク、２６…電極、２７…ブリッジ、２８…三層構造バルクの側面、２９…Ｙ２１１常伝導体層の側面部分、３０…三層構造バルクの上面
【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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