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[1] T. Nagaishi, H. Itozaki, S. Tanaka, T, Matsuura, N.

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[1] K. Okita , M. Tsuduki , K. Sakuta , H. Itozaki
Physica C. 463-465 (2007) 1052-1055

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[1]⏛႐䉕ട䈋䈢ᤨ䈱⏛႐ᄌൻ䉕᷹ⷰ䈚䈢䇯࿑ 㪉 䈲

Y.Doda, I.Kawayama, H,Murakami, and M,Tonouchi
IEICE Trans.Erectron vol.E89-C (2006) 177-181

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[2] K.Likharev, IEEE Trans.Magn.MAG-13 (1977) 242

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P. Bernstein, C. Picard, M. Pannetier, Ph. Lecoeur,J. F. Hamet, T. D. Doan, J. P. Contour and M. Drouet

MgO

Appl Supercon, Volume 5 (1997) 241-247[4]

T.Ishibashi, T.Kawata, T.H.johansen, J.He, N.Harada,
and K.Sato “Magneto-optical Indicator Garnet Filma⿥વዉ䊤䉟䊮
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[1] H. Hilgenkamp, Ariando, H.-J.H. Smilde, D.H.A. Blank, G. Rijnders, H. Rogalla, J.R. Kirtley, C.C. Tsuei,
Nature, 422, 50 (2003)[2] M. Kato, M. Ako, M. Machida, T. Koyama, T. Ishida, Physica C 412, 352 (2004)[3] P. D. Tougawa, C. S. Lent, J. Appl. Phys. 75, 1818 (1994)[4] Y. Ren, J.-H. Xu, C.S. Ting, Phys. Rev. Lett. 74 3680 (1995)[5] Jian-Xin Zhu, Wonkee Kim, C.S. Ting, Phys. Rev. B 58 15020 (1998)

ナノサイズの異方的超伝導体の準粒子構造
末松久孝A),D)(suematsu@ms.osakafu-u.ac.jp)，加藤勝A),D)，町田昌彦B),D)，小山富男C),D)，石田武和A),D)
A) 大阪府立大学大学院工学研究科B) 日本原子力研究機構システム計算科学センター
C) 東北大学金属材料研究所
D) JST-CREST

1. Introductjon
ナノサイズの超伝導体では，バルクでは観測されなかって新奇な物性があることが理論，実験両面で示されてきた[1-2]．その大きな特長は，サイズが小さいことにより形状に大きく依存した形で渦糸構造が現れることであり，このため，磁束量子の整数倍の磁束をもつgiant vortex stateや，渦糸が特徴的な配置をとるmulti-vortex stateがあることが示された．
理論面では現象論的なGinzburg-Landau方程式を用いたもので数値計算を中心に研究が行われてきたが，それにより示される結果は臨界温度に近いこともあり，直接的に観測できる方法を提示してできていない．また，実験による観測では，神田らによりmulti Josephson junction methdによりgiant vortex
stateの空間的な対称性を利用することでその存在が実証されている．しかし，これはgiant vortexを直接

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図1. single vortex state の局所状態密度; (a) E/

図2. single vortex stateの局所状態密度; (a) E/

Ec=-0.066; (b) E/Ec=0.066

Ec=-0.025; (b) E/Ec=0.025

観測したものではなく，それらがどのような状態から成り立っているのか解明する手がかりにはなっていな
い．
これら，ナノサイズの超伝導体における新奇な物性を調べるためにはミクロスコピックな面を考慮する必要がある．
2. 計算手法
我々は，Ginzburg-Landau方程式では考慮されていない準粒子励起の寄与を考慮するとともに，温度に関して適用限界がない超伝導のミクロスコピックな方程式であるBogoliubov-de Gennes方程式を数値的に解くことにより解析を行った．この結果はSTM，STSで直接観測することができる．これを計算する
際には，空間的に離散化する際に有限要素法を使っている．
3. s-波超伝導体についての結果
図１，２は磁場下のs-波超伝導体において，それぞれ，giant vortex state，通常のsingle vortex
stateの局所状態密度を示している．これから明らかに渦糸の中心にピークを持つ構造がエネルギー的に逆にある
ことがわかる．これは，大きな磁束量子を持つ渦糸ではそれだけ大きなエネルギーを持つ必要があるために単位
磁束量子の渦糸とはvortex bound stateが異なることによる．
4. d-波超伝導体についての結果
磁場のないd-波超伝導体の場合，超伝導ギャップに内に存在する状態はノード構造に由来するものである．ノードは波数空間に存在するものであるが，それが空間的な変化として観測されのは，不純物における散乱やvortexがある場合の準粒子構造である．図３はナノサイズにした場合のd-波超伝導体の局所状態密度である．
バルクでは空間的に一定であるが，小さな領域に閉じこめられた効果により，波数空間での変化が実空間に現れている．バルクの場合の類推からは波数空間から予想される構造は図３(a)のようにノード方向に大きな状態密度がある筈であるが，図3(b)のような予想と反した状態も存在している．
5. まとめ
ナノサイズの超伝導体におけるバルクとは異なる状態についてBogoliubov-de Gennes方程式を数値的に解くことにより求めた．

図3. ノード構造の局所状態密度; (a) E/Δ=0.25:(b) E/Δ=-0.24

Reference[1] L. F. Chibotaru et al., Nature 408 (2000) 833
[2] A. Kanda et al., Phys. Rev. Lett 93 (2004) 257002

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[5] V. G. Kogan, Phys. Rev. Lett., 89 (2002)
237005.

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[1] K. Likharev, et al., IEEE Trans. Appl.

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[2] H. Akaike, A. Fujimaki, et al., Supercond. Sci.
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& Technol. 19, S320-S324, (2006),

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E-mail; mitamura@super.nuqe.nagoya-u.ac.jp
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35

Vm [mV]

30
25
20
15
10
5
0
0

5

10

15

2

20

Critical current density [kA/cm ]࿑ 3.ઁ⎇ⓥᯏ㑐ߣߩ Vm ߩᲧセ㧚࿑㧝㧚ࡊࡠ࠮ࠬᎿ⒟ߩ᭎ⷐ㧔ࠦࡦ࠲ࠢ࠻ࡎ࡯
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ᢥ₂[1]A. M. Kadin, et. al., IEEE Trans. on Appl.
Supercond. Vol 11, pp. 1050-1055, 2001.
[2]M. B. Ketchen, et al. Appl. Phys. Lett.,
vol59, pp.2609-2611, 1996.

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Development of cooler for space use and theme in the future  ,   ,,  ,   !"#$ %&$'792-8588 ()*+./0134562:
E-mail : <ym_ootuka@shi.co.jp>?BCDFGHIJKGHLMNOPQRSTQUVWXNYZ"[\]^`LdeMNfgnqvwxz
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Fig.  Schematic drawing of single-stage Stirling cryocooler
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L §WËQ§®C{N|zdnRXDTMRá
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C24àõöWXN|ÕIdnR2áÞÕËõöWXN®C{N|3060
2007/0/3
Total Operating Time
64776Hr(40W operation, heat load W2050
INPUT POWER (W) 


!"#$%&'( )*+,./0"#123 45%+,678 9:%+;<=>? @ABC+D;7=EFG
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KUV9WXYB9:T7+DZ[B=\]^_`T79WXab<cdefgJhi+D2 ቝቮ↪಄ಓᯏj k =;7-B_`T7\]^9WXBC+Dlm
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WX$C+D\]^9WX=4  4Y$,8
7J+D
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OPRÖ×Ø¾ÙÚÛÁQÜÉÏLÐÑÒMÝ¿d¼3ÞC{N|TEMPERATURE (K)

Abstract,  

0

40

00

30

999//5
90 Test Start

20

80

0

70
0

0000

20000

30000

40000

50000

60000

0
70000

TIME (Hour)
Cooling Temperature

Input Power

Fig. 2 Temperature and power in the lifetime test4 2ࠬ࠲࡯࡝ࡦࠣ಄ಓᯏ
2Aqrstuv9WX=¤hkAqrstuv9WX¥9 2AJ¦§4¨©ªBm+¦«
KBC+D¬3=2Aqrstuv9WX®¯¬B
C+D°Z± ²³=kAqrstuv9WX<L´BC+$µ¶·¸¹º»$C+DX=t¼½¾s¿À½tuvB·¸J+DÁs¿ÂÃÄÂ=Ås¿X²$'ÂX² ÆÇ+²³< ÈJ+2)D

Fig.3 Cross-sectional view of two stage Stirling cooler¬4=2zdåæçèéêëìC{N|íîïLðñ Qóôõö§N|f÷øCùúõ
ö÷ûn45,443÷ûC{N|35,000÷ûLì!O{OÉÕËd
e"BÇ#§NÇRfXn$÷û%MNfgC·¸¹º»¹ª¸$Ç²³§R×ÖÛÇ&ÇÔOfggRÖ

Table k. Cryocoolers on development
Temperature
StatusOn orbit

80 K

20 K

ASTRO-E2/XRSâSUZAKUã

ASTRO-FâAKARIã

4 K

k K

K

K

SELENE/GRSâKAGUYAã
Project
FM (Flight Model)

Planet-C/IR2

K

JEM/SMILESK/Mission
GCOM/SGLIASTRO-G

SPICA

SPICA

Under development
NeXT
DetectorShieldDetectorShield

LNA(SIS mixer)

Type

kST

2ST

2ST+QHeJT

2ST+3HeJT

Cooling power

k-2 W / 80 K

0.2 W / 20 K

20 mW / 4.5K

k0 mW / k.7 K

Input power

30-50 W

80-90 Wk00-k20 W

k80 W(TBD)

Life time> 2 year> 2 year> k year

TBD

Cooling objects

DetectorkST: Single stage Stirling cooler , 2ST: Two stage Stirling cooler'©()*Cde"BÇ#§Og+ñËXN|,R-»ª.CØT7J+=50,000ÛÜBC+D;7 ªÝ%+,Ás¿ÂÃÄÂµ¶
Flexure springC¥¦MNÄQ/§O·¸¹º»¹L3ÞC{ÉR0àBÕËóôõöL31MN®C{N|
2Aqrstuv9WX=ÞßàEáPQâC¡§ã
RST7äåBkæÜçèT7J+D

X²$-7JI§¹7 §%
$T7J+D
T8¨ éJkKóÀ¿-B9:%+=q 4He¡83He%+;<BkKóÀ¿ aJ+4)D;9WX= !ÞßàEáPQSPICARS
T7+íúBC§RS"pJ_`#BC+D

2nd. Stage Temp.(K)/Input Power(W).

00
90Power(W)80temp (K)70
60
50

Total operating time45443 hr

40
30
20
0
0
0

0000

20000
30000
Real Operation Time (hr)

40000

50000

Fig. 4 Temperature and power in the lifetime test4 JouleJoule-Thomson
ThomsonJT9WX
JT9WX
5KÜé-B9:¦«<ab2Aqrst
uv9WXêëB=©ªBm D6;B4He
q 2Aqrstuv9WXBí9JîdJTB9:%+ïðÅqñò _`D¬5=4KóÀ¿-B9:%+4KôJT9WXJT!¶ßõöBC+D;7=
÷ø\]qñsÅùuRS íúJ+JEM/SMILES9WXBC+3)D8b ÈJ+$q<JTd4q 1T+,1
BC+D;õöB=* $í9^2Aqrs
tuv9WX$1C+DJT!¶<2Aq
rstuv9WX=677 X
*J+D
JT!^=2A B  A BkX ^%+DJT!^X=2Aqrstuv9WX
X<LM²³ ÈJ+DX¶¿

Fig.5 JT circuit of QK-class JT cooler$%-<,cdef
a&_`$' #9WX hiD9W(  )g
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2)K.Narasaki etal:Adv.Cry.Eng,49(2004),k428
3)K.Narasaki etal:Adv.Cry.Eng,49(2004),k785
4)K.Narasaki etal:Cryogenics 44(2004),375-38k

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E-mail: hayashi-toshihiro@sei.co.jp
Abstract

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2. DI-BSCCO
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