慶應義塾大学理工学部の牧英之准教授らは、カーボンナノチューブをテンプレートとして、世界最小クラスの超極細超伝導ナノワイヤーを実現し、シリコンチップ上でのデバイス化によって、微小な超伝導体で現れる特異な超伝導現象の観測に成功したと発表した。本研究成果は、国立研究開発法人物質・材料研究機構の森山悟士主任研究員、国立大学法人群馬大学理工学部の守田佳史准教授と共同研究によるもの。

 超伝導は、比較的マクロなサイズで量子現象が発現し、電子デバイス、光電子デバイス、量子コンピュータ等で実用化されているが、この超伝導体をナノメートルオーダーで微細化した場合、マクロにはない新しい超伝導現象が現れると期待されている。しかし、多くの超伝導材料は、微細化が進む半導体材料と比べて微細加工が難しく、微小な超伝導体を用いたデバイスの実現を阻む原因だという。

 今回、カーボンナノチューブと超伝導体窒化ニオブ(NbN)をハイブリッド化させることで、最小で約10ナノメートル幅の超極細超伝導ナノワイヤーの作製に成功。さらに、この超伝導ナノワイヤー両端に電極構造を作製して電子デバイス化したところ、低温にするほど超伝導状態が壊れて抵抗が上がるという超現象(超伝導-絶縁体転移)や磁束が超伝導ナノワイヤーを横切ってトンネルする現象(量子位相スリップ)など、特異な超伝導現象の観測に成功した。

 今回の研究では、超伝導デバイスで実用化されている窒化ニオブ超伝導体でナノワイヤーの作製に成功したことや、シリコンチップ上で電子デバイス化にも成功していることから、量子ビットや超高感度光検出器といった新たな超伝導量子デバイス応用が期待される。

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