DE4137953A1 - Mikrowellenschaltkreis einer josephson-einrichtung und verwendung des schaltkreises - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellenschaltkreis einer Josephson-Einrichtung mit einer Anordnung aus mehreren supraleitenden Wellenleitungsstücken mit jeweils vorbestimmter longitudinaler Leitungslänge, auf denen jeweils mittels einer angekoppelten Hochfrequenz(HF)-Quelle eine Welle mit vorbe­ stimmter Wellenlänge λ auszubilden ist und die jeweils eine Vielzahl von Josephson-Elementen aufweisen, sowie mit einer Hintereinanderschaltung der Josephson-Elemente auf den Wellen­ leitungsstücken zu mindestens einem von einem Gleichstrom durchflossenen Strompfad. Ein derartiger Mikrowellenschalt­ kreis geht z. B. aus dem Buch von J. Hinken: "Supraleiter-Elek­ tronik: Grundlagen, Anwendungen in der Mikrowellentechnik", Springer-Verlag 1988, insbesondere Seiten 87 bis 95 hervor. Die Erfindung betrifft ferner Verwendungen dieses Mikrowellen­ schaltkreises.

Josephson-Einrichtungen wie insbesondere Josephson-Spannungs normale, die auf der Grundlage des sogenannten Wechselstrom- Josephson-Effektes arbeiten, haben bereits in die Präzisions­ meßtechnik Eingang gefunden. Bei diesen Spannungsnormalen nutzt man die Frequenz-Spannungs-Umsetzung an einem Josephson- Element aus. Bringt man nämlich ein Josephson-Element in ein hochfrequentes Wechselfeld der Frequenz f ein, so wird die interne Josephson-Oszillation durch das externe Wechselfeld synchronisiert. Dabei treten in der Strom-Spannungs-Kennlinie Stufen konstanter Spannung, sogenannte Shapiro-Stufen auf, die auf folgende Weise mit der eingestrahlten HF-Frequenz ver­ knüpft sind:

(h = Planck′sches Wirkungsquantum, e_o = Elementarladung). Für eine HF-Frequenz f von etwa 10 GHz beträgt die mit der Sha­ piro-Stufe für n = 1 verknüpfte Spannung etwa 20 µV. Da in diesem Frequenzbereich nur Stufen bis zur Ordnung n ≈ 30 sinnvoll genutzt werden können, sind Serienschaltungen von Jo­ sephson-Elementen erforderlich, um z. B. ein 1-V-Spannungsni­ veau zu erreichen.

Das aus der eingangs genannten Literaturstelle zu entnehmende Josephson-Spannungsnormal ist wie folgt aufgebaut: Es enthält 1440 Josephson-Elemente, die in vier als Mikrostreifen gestal­ teten Ketten mit jeweiligem Abschlußwiderstand äquidistant hintereinander angeordnet sind. Zur Erhöhung der Ausgangs­ spannung sind die vier Ketten gleichstrommäßig hintereinander­ geschaltet. Um eine optimale Mikrowellenanregung der Joseph­ son-Elemente gewährleisten zu können, werden die Ketten HF- mäßig parallel geschaltet. Die entsprechenden Mikrowellen mit einer Frequenz von 70 oder 90 GHz werden über einen Hohlleiter und über einen sogenannten Flossenleitungsübergang (finline taper) auf die einzelnen Mikrostreifen mit den Josephson-Ele­ menten als fortlaufende Wellen transformiert (vgl. auch "Appl. Phys. Lett.", Vol. 47, No. 11, 1.12.1985, Seiten 1222 und 1223).

Der Aufwand für die entsprechende Mikrowellentechnik ist je­ doch bei den bekannten Josephson-Spannungsnormalen verhältnis­ mäßig hoch. Der für 70 bzw. 90 GHz bekannte Aufbau läßt sich auch nicht ohne weiteres auf den 10 GHz-Bereich übertragen, da dann die für den Mikrowellenschaltkreis erforderlichen Ab­ messungen zu groß würden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, den Mikro­ wellenschaltkreis für eine Josephson-Einrichtung mit den ein­ gangs genannten Merkmalen dahingehend auszugestalten, daß eine Referenzspannung von z. B. 1 V bei gleichzeitig niedrigen Be­ triebsfrequenzen von unter 30 GHz, z. B. von 10 GHz, erzeugt wird. Hierbei muß insbesondere eine homogene Hochfrequenzanre­ gung der in den Mikrowellenschaltkreis integrierten Josephson- Elemente gewährleistet sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes Wellenleitungsstück als ein Resonator aus wenigstens einem Re­ sonatorelement gestaltet ist, der eine Leitungslänge von zu­ mindest annähernd dem Ein- oder Mehrfachen der halben Wellen­ länge λ aufweist und auf dem eine stehende Welle ausgebildet ist, und daß die jedem Resonatorelement zugeordneten Joseph­ son-Elemente nur in einem Bereich um das mindestens eine Maxi­ mum der Schwingungsamplitude der stehenden Welle angeordnet sind, dessen longitudinalen Grenzen höchstens um einen Betrag λ/8 von dem Amplitudenmaximum entfernt sind. Dabei wird davon ausgegangen, daß die longitudinale Ausdehnung jedes einzelnen Josephson-Elementes durch die entsprechende Ausdehnung seiner Tunnelbarriere bestimmt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Mikrowellenschaltkreis für eine Jo­ sephson-Einrichtung wird demnach eine homogene Anregung der Josephson-Elemente zu hochfrequenten Schwingungen durch eine Einbettung (Integration) der Josephson-Elemente in besondere Resonatorstrukturen erreicht. Dabei werden die Elemente nur am Ort oder in der Nähe der maximalen Mikrowellenamplitude ausge­ bildet. Die mit einem solchen Aufbau verbundenen Vorteile sind dann insbesondere darin zu sehen, daß dieses Anregungsprinzip keine Endlast zur Energieabsorption am Ende jedes Resonators erfordert; zudem sind bei verhältnismäßig niedrigen Betriebs­ frequenzen von höchstens 30 GHz, vorzugsweise höchstens 20 GHz, einfachere Formen einer Mikrowelleneinkopplung mög­ lich. So kann z. B. der bei dem bekannten Mikrowellenschalt­ kreis vorgesehene Flossenleitungsübergang entfallen. Deshalb läßt sich der erfindungsgemäße Mikrowellenschaltkreis auf die zu einem Array anzuordnenden Resonatoren und einem zugehörigen Verteilerschaltungsteil für die Mikrowellenleistung beschrän­ ken. Damit ist im Vergleich zu dem bekannten Aufbau eine Ver­ einfachung des Schaltkreises verbunden.

Besonders vorteilhaft läßt sich der erfindungsgemäße Mikrowel­ lenschaltkreis für ein Josephson-Spannungsnormal oder für eine Josephson-Potentiometereinrichtung verwenden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Mikrowel­ lenschaltkreises gehen aus den zugeordneten Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung noch weiter erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 als Prinzipschaltbild einen er­ findungsgemäßen Mikrowellenschaltkreis. In den Diagrammen der Fig. 2 und 3 sind mögliche Wellenformen an einem Resonator dieses Schaltkreises wiedergegeben. Aus den Fig. 4 und 5 gehen Schnitte durch einen solchen Resonator hervor. Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit für einen erfin­ dungsgemäßen Mikrowellenschaltkreis. In den Figuren sind sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Der erfindungsgemäße Mikrowellenschaltkreis ist insbesondere Teil einer Einrichtung zur Erzeugung eines hochpräzisen Span­ nungsstandards mit Hilfe von Josephson-Elementen. In den nur schematisch ausgeführten Figuren der Zeichnung nicht darge­ stellte Teile dieser Einrichtung sind der Fachwelt geläufig (vgl. z. B. das gesamte eingangs genannte Buch oder die Litera­ turstellen "IEEE Trans. Magn.", Vol. MAG-23, No. 2, März 1987, Seiten 883 bis 890 oder "IEEE Trans. Instrum. Meas.", Vol. 39, No. 6, Dez. 1990, Seiten 972 bis 975 oder "Phys. Stat. Sol. (a)", Vol. 121, 1990, Seiten K73 bis K75). Ebensogut läßt sich der Schaltkreis auch für hochpräzise Potentiometer-Einrichtun­ gen mit Josephson-Elementen vorsehen (vgl. z. B. das Buch "Sti­ mulated Effects in Josephson Devices" (Proceedings of the Workshop on Stimulated Nonlinear Effects in Josephson Devices, Capri, IT, 27.-30. Sept. 1988), Hrsg.: M. Russo, G. Costabile, Scient. Pub. Co., 1990, Seiten 180 bis 206).

In Fig. 1 der Zeichnung ist als Aufsicht der erfindungswe­ sentliche Teil eines vorzugsweise in Dünnfilmtechnik zu er­ stellenden Mikrowellenschaltkreises S nach der Erfindung für eine Einrichtung zur Erzeugung eines Spannungsnormals, z. B. zur Erzeugung einer Standardspannung von 1 V, veranschaulicht. Auf einem Substrat 2 ist ein Array(Feld) aus einer vorbestimm­ ten Anzahl i (i = 1,2 . . .m) von Mikrostreifenresonatoren 3 _i ausgebildet. Diese Resonatoren mit einer Breite b von etwa 0,2 mm verlaufen untereinander parallel unter Einhaltung eines gegenseitigen Abstandes a in derselben Größenordnung. Sie ha­ ben jeweils eine Länge L, die an die Wellenlänge ¬ einer über ihnen auszubildenden stehenden Mikrowelle mit einer Betriebs­ frequenz f von höchstens 30 GHz, vorzugsweise unter 20 GHz an­ gepaßt ist. Die Länge L soll dabei zumindest annähernd dem Ein- oder ganzzahligen Mehrfachen der halben Wellenlänge der eingestrahlten Mikrowelle entsprechen: L = k′(λ/2) mit k=1, 2, 3 . . . Dabei wird ein Resonator mit der minimalen Länge L = λ/2 als ein Resonatorelement 3* betrachtet, so daß sich Resonatoren mit k <1 aus einer entsprechenden Anzahl k von ohne Zwischenräume hintereinander angeordneten Resonator­ elementen zusammensetzen. Da für das Ausführungsbeispiel gemäß der Figur k = 1 angenommen ist, werden in diesem Falle die Re­ sonatoren 3 _i jeweils durch ein einziges Resonatorelement 3* gebildet. Beispielsweise wäre für eine Frequenz von 10 GHz die Länge L des Resonatorelementes 3 und damit auch des Resona­ tors 3 _i ungefähr 1,0 cm. Der genaue Wert für L hängt dabei über die Phasenausbreitungsgeschwindigkeit insbesondere vom Dielektrikum der gewählten Isolation des Mikrostreifenresona­ tors ab. Bei Verwendung von allgemein üblichen Materialien für die erfindungsgemäßen Resonatoren liegt die Phasenausbrei­ tungsgeschwindigkeit etwa zwischen 1,6·108 m/s und 2,4·108 m/s, so daß dann für Frequenzen f von höchstens 20 GHz die Wellenlänge λ 0,8 cm bzw. die Leitungslänge L 0,4 cm ist.

Die Wellenverhältnisse an einem Resonator 3 _i mit k = 1 sind aus dem Diagramm der Fig. 2 näher ersichtlich. In Abszissen- und Ordinatenrichtung sind die Ortskoordinate x längs dieses Resonators bzw. die Schwingungsamplitude A (jeweils in will­ kürlichen Einheiten) aufgetragen. In dem Diagramm sind vier Wellenkurven für vier verschiedene Zeitpunkte t₁ bis t₄ einge­ zeichnet. Dabei soll die durchgezogene Kurve für t₁ die maxi­ male Schwingungsamplitude darstellen. Geht man von einer Länge L=x=λ/2 des Resonators aus, so befindet sich die Maximal­ amplitude A_max bei x = λ/4. Nur in einem vorgegebenen Bereich B um diesen Wert der Ortskoordinate x sollen sich erfindungs­ gemäß die einzelnen Josephson-Elemente befinden. Die longitu­ dinale Ausdehnung 1 dieses Bereiches in Längsrichtung des Re­ sonators soll maximal λ/4, vorzugsweise höchstens λ/5 be­ tragen. Für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 mit 1 = λ/5 erstreckt sich der Bereich von x = (3/20) λ bis x = (7/20) λ In diesem Bereich differiert die Schwingungsamplitude der Kurve für t₁ gegenüber A_max vorteilhaft nur um einen Betrag von höchstens 20 %, so daß die geforderte weitgehend homogene Anregung der einzelnen Josephson-Elemente gewährleisten ist.

Vorzugsweise wird die Bereichslänge l noch kleiner als λ/5, beispielsweise λ/6, insbesondere λ/7 gewählt.

Das Diagramm der Fig. 3 unterscheidet sich von dem Diagramm der vorherigen Figur dadurch, daß ein Resonator mit drei Reso­ natorelementen 3 angenommen ist, d. h., daß k = 3 gewählt wur­ de. Die Länge L dieses Resonators hat also einen Wert von (3/2)λ. Dann ergibt sich an dem Resonator zum Zeitpunkt t₁ die dargestellte Kurve der maximalen Schwingungsamplitude. In diesem Fall sind drei Amplitudenmaxima bei x = λ/4 (mit A_max), x = (3/4)λ (mit A_max) und x = (5/4) λ (mit A_max) vor­ handen, so daß drei Bereiche B₁, B₂ und B₃ für die Anordnung der Josephson-Elemente gegeben sind. Geht man z. B. davon aus, daß vom Ort jedes Amplitudenmaximums die beiden longitudinalen Grenzen jedes der Bereiche B₁, B₂ und B₃ für die Josephson- Elemente höchstens um einen Wert von λ/10 entfernt sein dür­ fen, so erstrecken sich folglich B₁ von x = (3/20) λ bis x = (7/20) λ , B₂ von x = (13/20) λ bis x = (17/20) λ und B₃ von x = (23/20) λ bis x = (27/20) λ. Hierbei wurde wie auch bei dem Diagramm der Fig. 2 angenommen, daß die Längsausdehnung des einzelnen Resonators von x = 0 bis x = L geht.

Wie ferner aus der Aufsicht der Fig. 1 zu entnehmen ist, läßt sich über einen geeigneten Verteilerschaltungsteil 4 die von einer Mikrowellenquelle gelieferte Mikrowellenleistung in die einzelnen Resonatoren 3 _i mittels eines geeigneten Koppelglie­ des 5 _i einkoppeln. Als Koppelglieder 5 _i zwischen einem z. B. kammähnlich ausgebildeten Endstück 4a des Schaltungsteils 4 und den einzelnen Resonatoren können beispielsweise Kapazitä­ ten dienen, die gegebenenfalls auch induktive Komponenten bil­ den; daneben ist auch eine rein induktive Kopplung möglich.

Um bei einer möglichst kleinen Schaltkreisabmessung eine hin­ reichend große Gesamtspannung abgreifen zu können, muß sich in jedem Resonator 3 _i eine Vielzahl von in der Längsausdehnungs­ richtung (L) zumindest annähernd äquidistant hintereinander angeordneten Josephson-Elementen 6 _j befinden. Erfindungsgemäß sind diese Elemente 6 _j aus den Gründen einer zumindest annä­ hernd homogenen Schwingungsanregung nur im Bereich B bzw. B₁, B₂ und B₃ des jeweiligen Wellenbauchs der Mikrowelle angeord­ net, wo die Amplitude weitgehend konstant ist (vgl. Fig. 2 und 3). Dementsprechend kommt für die Anordnung der einzelnen Josephson-Elemente 6 _j auf einem Resonatorelement 3* nur die longitudinale Bereichslänge l von höchstens λ/4, vorzugsweise von λ/5 in Frage. Unter Zugrundelegung der allgemein üblichen Abmessungen von Josephson-Elementen 6 _j und deren gegenseitigen Entfernungen e können so bei Frequenzen f um 10 GHz etwa 20 bis 30 Josephson-Elemente auf einem λ/2-Resonatorelement 3 angeordnet werden. Geht man von 30 Josephson-Tunnelelementen 6 _j pro Resonatorelement 3* aus, die bei 10 GHz auf der 20. Stufe angeregt werden, so kann ein derartiges Element eine Jo­ sephson-Spannung von etwa 12 mV (= 30 × 20 × 20 µV) erzeugen. Folglich werden für eine Gesamtspannung U von etwa 1,2 V ins­ gesamt etwa 100 Resonatorelemente 3 in einer entsprechenden oder kleineren Zahl von Resonatoren mit ca. 3000 Josephson Elementen benötigt. Zu einer Reihenschaltung aller Josephson- Elemente 6 _j dienen entsprechende Verbindungselemente 7 _j zwi­ schen den stirnseitigen Josephson-Elementen 6 _j von benachbar­ ten Resonatoren 3 _i, so daß sich mit den Josephson-Elementen eine etwa mäanderförmige Kette eines gemeinsamen Strompfades 7 ergibt. Die beiden Enden dieses Strompfades sind als Kontakt­ flächen (Pads) 8a und 8b ausgebildet, über welche in bekannter Weise ein Gleichstrom (Bias-Strom) I von einigen hundert µA eingespeist bzw. abgeführt wird und zwischen denen die ge­ wünschte Josephson-Gesamtspannung U abzugreifen ist. Gegebe­ nenfalls kann man auch mehrere Teilpfade bilden und eine Addi­ tion von entsprechenden Teilspannungen in einem weiteren Schaltungsteil vorsehen.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch ein Resonatorelement 3 eines Resonators 3 _i im Bereich eines Josephson-Elementes 6 _j nach Fig. 1 längs einer dort mit IV gekennzeichneten Schnitt­ linie. Aus Fig. 5 geht eine Schrägansicht auf einen Längs­ schnitt durch einen Teil dieses Resonators längs einer in Fig. 1 mit V gekennzeichneten Schnittlinie hervor. Der in den Fig. 4 und 5 angedeutete Mikrostreifenresonator 3 _i ist z. B. auf einem geeigneten Substrat 2 aus beispielsweise Glas, Quarzglas, Quarz oder Silizium in Dünnfilm-Technik erstellt. Hierzu ist auf dem Substrat 2 eine supraleitende Schicht 10 z. B. aus Nb mit 200 nm Dicke als sogenannte supraleitende Grundplatte (ground plane) abgeschieden. Diese dem Mikrostrei­ fenresonator 3 _i als eine erste Leiterbahn dienende supralei­ tende Schicht 10 kann dabei Streifenform mit an die Abmessun­ gen des Resonators angepaßter Ausdehnung haben. Das heißt, die nebeneinander liegenden Resonatoren 3 _i weisen jeweils einen diskreten Leiterstreifen aus der supraleitenden Schicht auf. Daneben ist es jedoch auch möglich, daß die supraleitenden Schichten 10 mehrerer oder aller Resonatoren 3 _i durch eine gemeinsame, geschlossene Fläche (Ebene) gebildet werden. Auf der in der Figur dargestellten Grundplatte ist eine Isolier­ schicht 11 z. B. aus SiO mit 1 µm Dicke aufgedampft. Auf dieser Isolierschicht 11 sind einzelne als Basiselektroden der Jo­ sephson-Elemente 6 _i dienende supraleitende Streifenstücke 12a und 12b aufgebracht. Diese Streifenstücke bestehen z. B. aus Nb mit einer Dicke von 200 nm. Dieser Aufbau ist dann mit einer isolierenden Fensterstruktur 13, z. B. aus 0,6 µm dickem SiO, versehen. Diese Struktur läßt fensterartige Bereiche der als Basiselektrode dienenden supraleitenden Streifenstücke 12a und 12b frei. In diesen Bereichen sind die Tunnelbarrieren 14a, 14b und 14c der Josephson-Elemente erzeugt. Diese in der Figur durch verstärkte Linien angedeuteten Tunnelbarrieren 14a bis 14c bestehen z. B. aus Nb₂O₅. Auf diesem Aufbau ist eine Struk­ tur aus Deckschichtteilen 15a, 15b aus einem supraleitenden Material wie z. B. 300 nm dickem PbAuIn aufgebracht. Diese Deckschichtteile dienen als Gegenelektroden der Josephson-Ele­ mente. Die Strukturierung der einzelnen Schichtteile 12a, 12b, 13, 14a bis 14c, 15a und 15b ist dabei in an sich bekannter Weise so vorgenommen, daß sich eine Hintereinanderschaltung der jeweils nur durch die Tunnelbarrieren 14a bis 14c getrenn­ ten Elektrodenschichten 12a, 12b und 15a, 15b aufgrund einer entsprechenden Überlappung der Schichtteile 15a mit 12a mit 15b mit 12b usw. ergibt. Selbstverständlich sind auch andere Überlappungsstrukturen möglich. Die sich überlappenden supra­ leitenden Schichtteile der Josephson-Elemente 6 _i stellen zu­ gleich eine zweite Leiterbahn des jeweiligen Resonators dar. Im allgemeinen wird der in Fig. 5 veranschaulichte Aufbau noch von mindestens einer weiteren, in der Figur nicht darge­ stellten Schicht, insbesondere von einer Schutzschicht, über­ zogen.

Statt des in den Fig. 4 und 5 dargestellten Aufbaus, wonach die einzelnen Resonatoren auf einer Flachseite eines Substra­ tes auszubilden sind, ist es gegebenenfalls auch möglich, das Substrat selbst als eine Isolierschicht zwischen den beiden parallelen Leiterbahnen der Resonatoren zu verwenden. In die­ sem Falle liegen also die z. B. streifenförmigen, supraleiten­ den Teile von Grundplatten oder von einer geschlossenen Groundplane an der Unterseite des Substrates, während sich auf dessen Oberseite die einzelnen Josephson-Elemente der Resona­ toren befinden.

Gemäß dem den Fig. 1 und 2 zugrundegelegten Ausführungsbei­ spiel wurde ferner davon ausgegangen, daß jeder Resonator 3 _i eine Länge L von λ/2 aufweist, d. h. nur durch ein einziges Resonatorelement 3* gebildet wird, und daß alle derartigen Resonatoren bezüglich der Mikrowelleneinspeisung parallelge­ schaltet sind. Abweichend von einer solchen Verschaltung ist es aber auch entsprechend Fig. 3 möglich, mehrere λ/2-Reso­ natorelemente jeweils in Reihe zu einem Resonator zusammenzu­ schalten und dann die Mikrowellenleistung in mehrere derartige Reihen von λ/2-Resonatorelementen parallel einzuspeisen. In Fig. 6 ist eine entsprechende Ausführungsform eines Mikrowel­ lenschaltkreises S′ für z. B. 10 GHz angedeutet, wobei eine Fi­ gur 1 entsprechende Darstellung gewählt ist. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, weist jede Reihe R_n eine vorbestimmte Anzahl k von ineinander übergehenden Resonatorelementen 3* auf. Die Anzahl k kann z. B. 20 betragen. Jedes einzelne Resonatorelement 3* hat wiederum eine Länge L* = λ/2, so daß dann die Gesamtlänge L eines mit 3_i′ bezeichneten Resonators k·L* beträgt. Auch hier ist nur in einem mittlerem Bereich jedes Wellenamplitu­ denmaximums mit der Bereichslänge l von z. B. λ/5 eine vorbe­ stimmte Anzahl von beispielsweise 30 Josephson-Elementen 6 _j angeordnet sind. Die Elemente 6 _j sind in der Figur nur durch einzelne Kreuze angedeutet. In die nebeneinanderliegenden Rei­ hen R_n von Resonatoren 3 _i wird dann die Mikrowellenleistung über einen geeigneten Verteilerschaltungsteil 4 parallel ein­ gekoppelt. In der Figur sind ferner noch Filter 16a und 16b angedeutet, die an dem zur Hintereinanderschaltung aller Jo­ sephson-Elemente 6 _j dienenden Strompfad 7′ kurz vor den Kon­ taktflächen 8a und 8b zum Abgriff der Josephson-Gesamtspannung angeordnet sind. Diese jeweils einen Tiefpaß bildenden Filter sind zur Abblockung der Mikrowelle gegenüber dem Spannungsab­ griff vorgesehen.

Die anhand der Fig. 1 bis 6 erläuterten Mikrowellenschalt­ kreise S bzw. S′ nach der Erfindung sind nicht nur auf einen Einsatz in Josephson-Spannungsnormal-Einrichtungen beschränkt. Vielmehr können sie auch für hochpräzise Potentiometer-Ein­ richtungen verwendet werden. Hierbei läßt sich durch Variation der von einer HF-Quelle erzeugten Mikrowellenleistung eine entsprechende Variation der an den Kontaktflächen 8a und 8b abzugreifenden Josephson-Gesamtspannung erzeugen (vgl. die ge­ nannte Literaturstelle "Stimulated Effects in Josephson Devices").

Claims (8)

1. Mikrowellenschaltkreis einer Josephson-Einrichtung mit ei­ ner Anordnung aus mehreren supraleitenden Wellenleitungsstücken mit jeweils vorbestimmter longitudinaler Leitungs­ länge,

• - auf denen jeweils mittels einer angekoppelten HF-Quelle eine Welle mit vorbestimmter Wellenlänge λ auszubilden ist und
• - die jeweils eine Vielzahl von Josephson-Elementen auf­ weisen, sowie mit einer Hintereinanderschaltung der Josephson-Elemente auf den Wellenleitungsstücken zu mindestens einem von einem Gleichstrom durchflossenen Strompfad, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wel­ lenleitungsstück als ein Resonator (3 _i, 3_i′) aus wenigstens ei­ nem Resonatorelement (3*) gestaltet ist, der eine Leitungslän­ ge (L) von zumindest annähernd dem Ein- oder Mehrfachen der halben Wellenlänge λ aufweist und auf dem eine stehende Welle ausgebildet ist, und daß die jedem Resonatorelement (3*) zuge­ ordneten Josephson-Elemente (6 _j) nur in einem Bereich (B; B₁, B₂, B₃) um das mindestens eine Maximum der Schwingungsamplitu­ de der stehenden Welle angeordnet sind, dessen longitudinalen Grenzen höchstens um einen Betrag λ/8 von dem Amplitudenmaxi­ mum entfernt sind.

2. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Grenzen jedes Anordnungsbe­ reichs (B; B₁, B₂, B₃) für die Josephson-Elemente (6 _j) höch­ stens um einen Betrag von λ/10, vorzugsweise λ/12 von dem jeweiligen Amplitudenmaximum der stehenden Welle entfernt sind.

3. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder Resonator (3 _i, 3_i′) durch eine supraleitende Grundplatte (10), eine darauf befindliche Isolierschicht (11) sowie durch supraleitende Streifenstücke der Josephson-Elemente (6 _j) gebildet ist.

4. Schaltkreis nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Isolierschicht durch ein Substrat gebildet ist.

5. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Resonatoren (3 _i) parallel zueinander und gegenseitig beabstandet angeord­ net sind und daß der Strompfad (7) zur Hintereinanderschaltung der Josephson-Elemente (6 _j) zwischen diesen Resonatoren (3 _i) verlaufende supraleitende Verbindungsstege (7 _i) aufweist (vgl. Fig. 1).

6. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß jeweils eine Reihe (R_n) von mehreren hintereinander angeordneten Resonator­ elementen (3*) einen Resonator (3 _i′) bildet, daß mehrere derar­ tige Reihen (R_n) parallel zueinander und gegenseitig beab­ standet angeordnet sind und daß der Strompfad (7′) zur Hinter­ einanderschaltung der Josephson-Elemente (6 _j) zwischen diesen Reihen (R_n) verlaufende supraleitende Verbindungsstege (7 _j) aufweist (vgl. Fig. 6).

7. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ge­ kennzeichnet durch eine Leitungslänge (L) von mindestens 0,40 cm.

8. Verwendung des Schaltkreises nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für ein Josephson-Spannungsnormal oder für eine Josephson- Potentiometereinrichtung.