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研究紹介 (2016.11.25 低温物理学会発表スライド)
- 2. はじめに 1200μm
- 3. （絶縁的な）磁性体の研究 • 応用研究 電子の持つスピン自 由度を利用した • 信号伝達 スピントロニクス • 量子計算 • 基礎研究 本質的な量子現象 • 極限環境下の 量子相転移 • 新たな基底状態 • 励起状態
- 5. 熱伝導測定によるアプローチ • 絶縁的磁性体の熱伝導：フォノン + マグノン k = kphonon + kmagnon 局所的なエネルギー励起 交換相互作用による伝播 kmagnon = Cmaglmagvmag • Cmag: 磁気比熱 • lmag:マグノンの平均自由行程 • vmag:マグノンの群速度 交換相互作用を反映
- 6. 熱伝導測定によるアプローチ • c-軸方向にCu2+のスピン梯子 • 熱伝導率の空間異方性 • a-軸方向：フォノンのみ • c-軸方向：フォノン＋マグノン 相互作用強度の空間異方性 vmag:マグノンの群速度 小池，川俣：J. HTSJ 50, 12 (2011)より引用 c a
- 8. 測定デバイスの概略 • 測定系の断熱 SiO2/ SiN/ SiO2膜（1μm） • ヒーターと温度計 NbNx半導体 熱伝導率 L:温度計間の距離(300μm)
- 9. 温度計の特性 微細化が可能 低温での分解能 磁気抵抗効果が小 作成条件が容易 白金抵抗 ○ × ○ ○ 熱電対 × ◎ ○ × CrN ○ ○ ○ × NbNx ○ ○ ○ ○ 温度計比較 1000μm
- 10. 温度計作成条件と性能 抵抗の温度変化が増大 ⇒ 温度分解能の向上 400μm1000μm NbNx温度計 12 8 4 0 Resistivity ・m] 100806040200 Temperature(K) N2:Ar = 50%:50% 30%:70% 10%:90% 600 500 400 300 200 100 0 Resistivity ・m] 100806040200 Temperature(K) 90%:10% N2:Ar = 100%:Ar0% 70%:30%
- 11. 12 10 8 6 4 2 0 Tc[K] 100806040200 Percentage of N2[%] 800x10 -9 600 400 200 0 activationenegy[K] Tc activation energy 半導体 超伝導 窒化ニオブの電気特性
- 12. 熱伝導率測定装置の設計 ヒーター 8mm 温度計2 V+ V− I − I + V+ V+V− V− I+ I+ I − I− 電極(Nb)
- 14. 12 10 8 6 4 2 0 R[10 3 300250200150100500 T [K] 温度計2 温度計1 実装した温度計の評価 チップ1 チップ2 Quantum Design社製 PPMSにて測定 12 10 8 6 4 2 0 R[10 3 300250200150100500 T [K] 温度計2 ヒーター 標準偏差（T=3K）： ∆R R ＝1.4％ 12 11 10 9 8 R[10 3 12840 T [K] 温度計2 温度計1
- 15. 10 100 1000 dR/dT[ 2 3 4 5 6 10 2 3 4 5 6 100 2 3 T [K] 温度計1 温度計2 実装した温度計の分解能 T [K] ΔＴ [μK] 100 5 25 1 3 0.2 3K,25K,100Kでの 温度計の分解能 (T,dR/dT) =(100,20) (T,dR/dT) =(25,100) (T,dR/dT) =(3,500)
- 16. 熱伝導率測定に向けて • 基板の膨張係数 〜 4 x 10-6 /K程度 1Kから300K では~ 10-4程度 • T1 – T2 ~ 0.1 K 程度とすると， ⇒ Δκ ~ 10-4 程度と評価できる。
- 17. まとめと今後の課題 • NbNx温度計の開発 スパッタ時の窒素分圧が60%以上で電気特性が 超伝導体 → 半導体 窒素分圧が100%で最も感度が向上 • 試作デバイスの評価 低温まで測定可能 異なるチップ間で良い再現性 標準偏差（T=3K）： ∆R R ＝1.4％ 温度計の分解能（T=3K）：ΔT = 0.2 μK • 信号配線のフォトリソグラフィ • 試料の接着方法（有機結晶への対応） • 標準試料による絶対値の校正