[論文レビュー] The Diamond SQUID

Soumen Mandal, Tobias Bautze+8 more|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 2011

Mechanical and Optical Resonators参考文献 35被引用数 38

ひとこと要約

本論文では、ナノ結晶性ボロンドープダイヤモンド（BDD）膜を用いたマイクロメータースケールの超伝導量子干渉計（μ-SQUID）の初回実現が報告されている。このデバイスは、磁場の向きにかかわらず最大4 Tの磁場においても信頼性高く動作することを示しており、ダイヤモンドベースのナノメカニカルオシレーターにおける量子運動の検出に向けた重要な一歩を示している。

ABSTRACT

Diamond is an electrical insulator in its natural form. However, when doped with boron above a critical level (~0.25 at.%) it can be rendered superconducting at low temperatures with high critical fields. Here we present the realization of a micrometer scale superconducting quantum interference device $\mu$-SQUID made from nanocrystalline boron doped diamond (BDD) films. Our results demonstrate that $\mu$-SQUIDs made from superconducting diamond can be operated in magnetic fields as large as 4T independent on the field direction. This is a decisive step towards the detection of quantum motion in a diamond based nanomechanical oscillator.

研究の動機と目的

• 高磁場量子センシング用途を目的として、ボロンドープダイヤモンド（BDD）を用いた超伝導量子干渉計（SQUID）の開発。
• 超伝導性BDDの高い臨界磁場特性を活用して、従来のSQUIDが高磁場で抱える限界を克服すること。
• 丈夫で高磁場に耐えるSQUIDを構築することで、ダイヤモンドベースのナノメカニカルオシレーターにおける量子運動の検出を可能にすること。
• マイクロメータースケールのSQUIDが、強力で多方向の磁場においても機能可能であることを実証すること。

提案手法

• ボロンドーピング濃度が0.25 at.%を超えるナノ結晶性ボロンドープダイヤモンド（BDD）膜を形成し、低温で超伝導性を誘発する。
• 超伝導性BDD膜を用いて、マイクロメータースケールの超伝導量子干渉計（μ-SQUID）を設計および製造する。
• 磁束変化を検出するために、弱い結合ジャコブソンジャンクションを有するdc-SQUID構成を採用する。
• 磁場の方向を変えて4 Tまでのさまざまな磁場条件下でデバイスの性能を評価する。
• 超伝導状態を維持し、量子コherenecyを確保するために低温環境を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ナノ結晶性ボロンドープダイヤモンド（BDD）膜を用いてμ-SQUIDを効果的に製造できるか？
• RQ2 このようなBDDベースのμ-SQUIDは、1 Tを超える高磁場においても信頼性高く動作するか？
• RQ3 磁場の方向にかかわらず、4 Tの磁場下でもデバイスは機能を維持するか？
• RQ4 このシステムにより、ダイヤモンドベースのナノメカニカルオシレーターにおける量子運動の検出が可能になるか？

主な発見

• ボロンドーピング濃度が0.25 at.%を超えるナノ結晶性ボロンドープダイヤモンド（BDD）膜を用いて、機能的なμ-SQUIDが成功裏に製造された。
• μ-SQUIDは、磁場の向きにかかわらず最大4 Tの磁場においても安定して動作した。
• 高磁場下でも超伝導性のコherenecyとフラックス量子化が保持されたことから、量子センシング用途に適していることが確認された。
• 超伝導ダイヤモンドが高磁場量子デバイスのプラットフォームとしての可能性を裏付けた。