JP2003069098A - 酸化物高温超伝導体ジョセフソン磁束線素子 - Google Patents
酸化物高温超伝導体ジョセフソン磁束線素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸化物高温超伝導体単結晶内に存在する積
層状態のジョセフソン接合構造に特有なジョセフソン磁
束線を利用した新たな動作原理による酸化物高温超伝導
体ジョセフソン磁束線素子を提供する。 【解決手段】 ビスマス２２１２系酸化物高温超伝導
体単結晶（１）を微細加工してジョセフソン接合部
（２）を形成し、ジョセフソン接合面に垂直に電流を流
し、且つジョセフソン接合面にほぼ平行に磁場を印加す
ることによりジョセフソン磁束線フロー電圧（ジョセフ
ソン磁束線フロー抵抗）を生じさせ、量子化されたジョ
セフソン磁束線のジョセフソン接合内への出入りによっ
てジョセフソン磁束線フロー電圧（ジョセフソン磁束線
フロー抵抗）に周期的な振動が発生する動作原理を有す
るようにしたことを特徴とする酸化物高温超伝導体ジョ
セフソン磁束線素子とする。
層状態のジョセフソン接合構造に特有なジョセフソン磁
束線を利用した新たな動作原理による酸化物高温超伝導
体ジョセフソン磁束線素子を提供する。 【解決手段】 ビスマス２２１２系酸化物高温超伝導
体単結晶（１）を微細加工してジョセフソン接合部
（２）を形成し、ジョセフソン接合面に垂直に電流を流
し、且つジョセフソン接合面にほぼ平行に磁場を印加す
ることによりジョセフソン磁束線フロー電圧（ジョセフ
ソン磁束線フロー抵抗）を生じさせ、量子化されたジョ
セフソン磁束線のジョセフソン接合内への出入りによっ
てジョセフソン磁束線フロー電圧（ジョセフソン磁束線
フロー抵抗）に周期的な振動が発生する動作原理を有す
るようにしたことを特徴とする酸化物高温超伝導体ジョ
セフソン磁束線素子とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、酸化物高
温超伝導体ジョセフソン磁束線素子に関するものであ
る。さらに詳しくは、この出願の発明は、超伝導ミリ波
・サブミリ波発振、受信器、超伝導コンピュータ等に使
用する超伝導素子として有用な酸化物高温超伝導体ジョ
セフソン磁束線素子に関するものである。
温超伝導体ジョセフソン磁束線素子に関するものであ
る。さらに詳しくは、この出願の発明は、超伝導ミリ波
・サブミリ波発振、受信器、超伝導コンピュータ等に使
用する超伝導素子として有用な酸化物高温超伝導体ジョ
セフソン磁束線素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、超伝導体を用いた
超伝導素子としては、ジョセフソン効果を利用したジョ
セフソン接合素子が一般的に使用されている。しかしな
がら、ジョセフソン接合素子を超伝導ミリ波・サブミリ
波発振、受信器、超伝導コンピュータ等に用いるために
は、ジョセフソン接合の積層膜を形成する必要があり、
その積層膜を形成するために数千個の超伝導層及び絶縁
層（半導体層）を積層しなければならず、その作業は極
めて困難なものとなっていた。
超伝導素子としては、ジョセフソン効果を利用したジョ
セフソン接合素子が一般的に使用されている。しかしな
がら、ジョセフソン接合素子を超伝導ミリ波・サブミリ
波発振、受信器、超伝導コンピュータ等に用いるために
は、ジョセフソン接合の積層膜を形成する必要があり、
その積層膜を形成するために数千個の超伝導層及び絶縁
層（半導体層）を積層しなければならず、その作業は極
めて困難なものとなっていた。
【０００３】また従来のジョセフソン接合素子のほとん
どは、液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）以下で動作するた
め、それらを上記のような機器に利用するためにはジョ
セフソン接合素子の温度を液体ヘリウム温度以下に保つ
必要があり、高価な液体ヘリウムを用いなくてはなら
ず、コストが非常にかかるという問題もあった。また、
従来の高温超伝導体を利用した超伝導素子においても、
超伝導転移温度が数十Ｋ〜百数十Ｋと高いにも関わら
ず、超伝導転移温度より遥かに低い温度での動作条件が
必要であった。
どは、液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）以下で動作するた
め、それらを上記のような機器に利用するためにはジョ
セフソン接合素子の温度を液体ヘリウム温度以下に保つ
必要があり、高価な液体ヘリウムを用いなくてはなら
ず、コストが非常にかかるという問題もあった。また、
従来の高温超伝導体を利用した超伝導素子においても、
超伝導転移温度が数十Ｋ〜百数十Ｋと高いにも関わら
ず、超伝導転移温度より遥かに低い温度での動作条件が
必要であった。
【０００４】ところで、最近の研究において、酸化物高
温超伝導体単結晶の結晶構造が層状であり、超伝導層が
絶縁層ないし半導体層で隔てられた構造となっているこ
とから、その構造そのものにジョセフソン接合が存在す
ることが明らかになり、理論的、実験的にジョセフソン
プラズマの存在が注目され応用が可能な現象として注目
されてきた。
温超伝導体単結晶の結晶構造が層状であり、超伝導層が
絶縁層ないし半導体層で隔てられた構造となっているこ
とから、その構造そのものにジョセフソン接合が存在す
ることが明らかになり、理論的、実験的にジョセフソン
プラズマの存在が注目され応用が可能な現象として注目
されてきた。
【０００５】しかしながら、酸化物高温超伝導体単結晶
内に存在する固有のジョセフソン接合構造のような積層
状態のジョセフソン接合構造に特有なジョセフソン磁束
線を利用した動作原理は完全には解明されておらず、ま
たその動作原理を有する超伝導素子も存在していなかっ
た。
内に存在する固有のジョセフソン接合構造のような積層
状態のジョセフソン接合構造に特有なジョセフソン磁束
線を利用した動作原理は完全には解明されておらず、ま
たその動作原理を有する超伝導素子も存在していなかっ
た。
【０００６】そこで、この出願の発明は、以上のとおり
の事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点
を解消し、ビスマス２２１２系酸化物高温超伝導体単結
晶等を用い、酸化物高温超伝導体単結晶内に存在する積
層状態のジョセフソン接合構造に特有なジョセフソン磁
束線を利用した新たな動作原理による酸化物高温超伝導
体ジョセフソン磁束線素子を提供することを課題として
いる。
の事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点
を解消し、ビスマス２２１２系酸化物高温超伝導体単結
晶等を用い、酸化物高温超伝導体単結晶内に存在する積
層状態のジョセフソン接合構造に特有なジョセフソン磁
束線を利用した新たな動作原理による酸化物高温超伝導
体ジョセフソン磁束線素子を提供することを課題として
いる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、まず第１には、酸化物高
温超伝導体を微細加工してジョセフソン接合部を形成
し、ジョセフソン接合面に垂直に電流を流し、且つジョ
セフソン接合面にほぼ平行に磁場を印加することにより
ジョセフソン磁束線フロー電圧（ジョセフソン磁束線フ
ロー抵抗）を生じさせ、量子化されたジョセフソン磁束
線のジョセフソン接合内への出入りによってジョセフソ
ン磁束線フロー電圧（ジョセフソン磁束線フロー抵抗）
に周期的な振動が発生する動作原理を有するようにした
ことを特徴とする酸化物高温超伝導体ジョセフソン磁束
線素子を提供する。
の課題を解決するものとして、まず第１には、酸化物高
温超伝導体を微細加工してジョセフソン接合部を形成
し、ジョセフソン接合面に垂直に電流を流し、且つジョ
セフソン接合面にほぼ平行に磁場を印加することにより
ジョセフソン磁束線フロー電圧（ジョセフソン磁束線フ
ロー抵抗）を生じさせ、量子化されたジョセフソン磁束
線のジョセフソン接合内への出入りによってジョセフソ
ン磁束線フロー電圧（ジョセフソン磁束線フロー抵抗）
に周期的な振動が発生する動作原理を有するようにした
ことを特徴とする酸化物高温超伝導体ジョセフソン磁束
線素子を提供する。
【０００８】第２には、この出願の発明は、酸化物高温
超伝導体として、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2ＯX化合物系酸化
物高温超伝導体が用いられることを特徴とする酸化物高
温超伝導体ジョセフソン磁束線素子を提供する。
超伝導体として、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2ＯX化合物系酸化
物高温超伝導体が用いられることを特徴とする酸化物高
温超伝導体ジョセフソン磁束線素子を提供する。
【０００９】さらに、第３には、ジョセフソン接合面に
印加する磁場の方向及び電流の方向に垂直な方向のジョ
セフソン接合面の幅によりジョセフソン磁束線フロー電
圧（ジョセフソン磁束線フロー抵抗）の振動の周期が決
定され、その周期がジョセフソン接合面の幅に反比例す
ることを特徴とする酸化物高温超伝導体ジョセフソン磁
束線素子を提供する。
印加する磁場の方向及び電流の方向に垂直な方向のジョ
セフソン接合面の幅によりジョセフソン磁束線フロー電
圧（ジョセフソン磁束線フロー抵抗）の振動の周期が決
定され、その周期がジョセフソン接合面の幅に反比例す
ることを特徴とする酸化物高温超伝導体ジョセフソン磁
束線素子を提供する。
【００１０】また、第４には、ジョセフソン接合面に垂
直に流れる電流の電流密度が、１００Ａ／ｃｍ2以下で
あることを特徴とする酸化物高温超伝導体ジョセフソン
磁束線素子をも提供する。
直に流れる電流の電流密度が、１００Ａ／ｃｍ2以下で
あることを特徴とする酸化物高温超伝導体ジョセフソン
磁束線素子をも提供する。
【００１１】第５には、印加する磁場の方向のジョセフ
ソン接合面に対しての傾きが、０．１度以内であること
を特徴とする酸化物高温超伝導体ジョセフソン磁束線素
子を、第６には、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2ＯX化合物系酸化
物高温超伝導体が、特性を損なわない範囲で組成調整、
元素添加或いは元素置換を行ったもの、酸素濃度を制御
したもの、準粒子或いはクーパー対を注入したものおよ
び積層状態の固有のジョセフソン接合構造を有する他の
高温超伝導体に置換可能であることを特徴とする酸化物
高温超伝導体ジョセフソン磁束線素子を、第７には、Ｂ
ｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2ＯX化合物系酸化物高温超伝導体が、
従来の超伝導体から成る超伝導層−絶縁層−超伝導層構
造の超伝導多層構造に置換可能であることを特徴とする
酸化物高温超伝導体ジョセフソン磁束線素子を、第８に
は、動作温度が超伝導転移温度以下であることを特徴と
する酸化物高温超伝導体ジョセフソン磁束線素子を提供
する。
ソン接合面に対しての傾きが、０．１度以内であること
を特徴とする酸化物高温超伝導体ジョセフソン磁束線素
子を、第６には、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2ＯX化合物系酸化
物高温超伝導体が、特性を損なわない範囲で組成調整、
元素添加或いは元素置換を行ったもの、酸素濃度を制御
したもの、準粒子或いはクーパー対を注入したものおよ
び積層状態の固有のジョセフソン接合構造を有する他の
高温超伝導体に置換可能であることを特徴とする酸化物
高温超伝導体ジョセフソン磁束線素子を、第７には、Ｂ
ｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2ＯX化合物系酸化物高温超伝導体が、
従来の超伝導体から成る超伝導層−絶縁層−超伝導層構
造の超伝導多層構造に置換可能であることを特徴とする
酸化物高温超伝導体ジョセフソン磁束線素子を、第８に
は、動作温度が超伝導転移温度以下であることを特徴と
する酸化物高温超伝導体ジョセフソン磁束線素子を提供
する。
【００１２】
【発明の実施の形態】この出願の発明の酸化物高温超伝
導体ジョセフソン磁束線素子は、ビスマス２２１２系酸
化物高温超伝導体単結晶等の酸化物高温超伝導体単結晶
を用いており、その酸化物高温超伝導体単結晶内に存在
する積層状態のジョセフソン接合構造に特有なジョセフ
ソン磁束線を利用した新たな動作原理による超伝導素子
である。
導体ジョセフソン磁束線素子は、ビスマス２２１２系酸
化物高温超伝導体単結晶等の酸化物高温超伝導体単結晶
を用いており、その酸化物高温超伝導体単結晶内に存在
する積層状態のジョセフソン接合構造に特有なジョセフ
ソン磁束線を利用した新たな動作原理による超伝導素子
である。
【００１３】具体的には、ジョセフソン接合面に対して
ほぼ平行に侵入したジョセフソン磁束線を利用したもの
であり、ジョセフソン接合面に垂直に流した電流によっ
てジョセフソン磁束線を駆動することでジョセフソン磁
束線フロー電圧（ジョセフソン磁束線フロー抵抗）が生
じ、量子化されたジョセフソン磁束線１本１本のジョセ
フソン接合内への出入りによって、そのジョセフソン磁
束線フロー電圧（ジョセフソン磁束線フロー抵抗）にお
いて周期的な振動が観測されることを利用した新しい動
作原理に基づいた超伝導素子である。尚、量子化された
ジョセフソン磁束線１本の物理量は、２．０７×１０-7
Ｇａｕｓｓ・ｃｍ2である。
ほぼ平行に侵入したジョセフソン磁束線を利用したもの
であり、ジョセフソン接合面に垂直に流した電流によっ
てジョセフソン磁束線を駆動することでジョセフソン磁
束線フロー電圧（ジョセフソン磁束線フロー抵抗）が生
じ、量子化されたジョセフソン磁束線１本１本のジョセ
フソン接合内への出入りによって、そのジョセフソン磁
束線フロー電圧（ジョセフソン磁束線フロー抵抗）にお
いて周期的な振動が観測されることを利用した新しい動
作原理に基づいた超伝導素子である。尚、量子化された
ジョセフソン磁束線１本の物理量は、２．０７×１０-7
Ｇａｕｓｓ・ｃｍ2である。
【００１４】またジョセフソン磁束線フロー電圧（ジョ
セフソン磁束線フロー抵抗）に現れる振動の周期は１つ
のジョセフソン接合にジョセフソン磁束線が１本入った
時の磁場の増加分に比例するため、ジョセフソン接合面
に印加する磁場の方向及び電流の方向に垂直な方向のジ
ョセフソン接合面の幅に反比例することが分かってお
り、その幅を限定することでその振動の周期を制御する
ことができる。
セフソン磁束線フロー抵抗）に現れる振動の周期は１つ
のジョセフソン接合にジョセフソン磁束線が１本入った
時の磁場の増加分に比例するため、ジョセフソン接合面
に印加する磁場の方向及び電流の方向に垂直な方向のジ
ョセフソン接合面の幅に反比例することが分かってお
り、その幅を限定することでその振動の周期を制御する
ことができる。
【００１５】また、ジョセフソン接合面に垂直に流され
る電流の電流密度が１００Ａ／ｃｍ 2以下であり且つジ
ョセフソン接合面に対して磁場の傾きが０．１度以内で
ある場合に、ジョセフソン磁束線フロー電圧（ジョセフ
ソン磁束線フロー抵抗）に周期的な振動が観測される。
る電流の電流密度が１００Ａ／ｃｍ 2以下であり且つジ
ョセフソン接合面に対して磁場の傾きが０．１度以内で
ある場合に、ジョセフソン磁束線フロー電圧（ジョセフ
ソン磁束線フロー抵抗）に周期的な振動が観測される。
【００１６】またこの出願の発明では、酸化物高温超伝
導体単結晶内に存在する積層状態の固有のジョセフソン
接合構造を、ジョセフソン接合の積層膜と同様のものと
みなすことができ、従来の積層膜製造方法のように数千
個の超伝導層及び絶縁層（半導体層）を積層する必要が
なくなる。
導体単結晶内に存在する積層状態の固有のジョセフソン
接合構造を、ジョセフソン接合の積層膜と同様のものと
みなすことができ、従来の積層膜製造方法のように数千
個の超伝導層及び絶縁層（半導体層）を積層する必要が
なくなる。
【００１７】さらにまた従来のジョセフソン接合素子の
ほとんどが液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）以下で動作す
るのに対し、この出願の発明における酸化物高温超伝導
体ジョセフソン磁束線素子は、超伝導転移温度から数Ｋ
直下から動作し、液体窒素温度（７７Ｋ）でも十分に動
作する点で、従来のジョセフソン接合素子と根本的に異
なっている。
ほとんどが液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）以下で動作す
るのに対し、この出願の発明における酸化物高温超伝導
体ジョセフソン磁束線素子は、超伝導転移温度から数Ｋ
直下から動作し、液体窒素温度（７７Ｋ）でも十分に動
作する点で、従来のジョセフソン接合素子と根本的に異
なっている。
【００１８】また、この出願の発明における酸化物高温
超伝導体ジョセフソン磁束線素子の動作原理は、超伝導
層間の結合の大きさと関係している。超伝導層間の結合
を決定しているキャリア濃度を制御する方法としては、
素子内への準粒子注入法或いはクーパー対注入法が有効
であり、これをジョセフソン磁束線フロー電圧（ジョセ
フソン磁束線フロー抵抗）の振動の周期の制御方法とす
ることも可能である。またこの出願の発明における動作
原理は積層状態の固有のジョセフソン接合構造を有する
ビスマス２２１２系酸化物高温超伝導体以外の高温超伝
導体、そしてジョセフソン接合を有する従来の超伝導体
から成る多層構造の接合においても適用可能である。
超伝導体ジョセフソン磁束線素子の動作原理は、超伝導
層間の結合の大きさと関係している。超伝導層間の結合
を決定しているキャリア濃度を制御する方法としては、
素子内への準粒子注入法或いはクーパー対注入法が有効
であり、これをジョセフソン磁束線フロー電圧（ジョセ
フソン磁束線フロー抵抗）の振動の周期の制御方法とす
ることも可能である。またこの出願の発明における動作
原理は積層状態の固有のジョセフソン接合構造を有する
ビスマス２２１２系酸化物高温超伝導体以外の高温超伝
導体、そしてジョセフソン接合を有する従来の超伝導体
から成る多層構造の接合においても適用可能である。
【００１９】この出願の発明における酸化物高温超伝導
体ジョセフソン磁束線素子の動作原理は、人工的な超伝
導層−絶縁層−超伝導層から成る積層膜を作成する必要
もなく、酸化物高温超伝導体単結晶をそのまま用いるこ
とができる。また酸化物高温超伝導体単結晶の微細加工
において、従来から用いられているイオンビーム等によ
る微細加工技術を踏襲でき、さらに制御用の電極形成等
も従来の方法で可能なこと等から、技術的な問題点の多
くが解決されている。
体ジョセフソン磁束線素子の動作原理は、人工的な超伝
導層−絶縁層−超伝導層から成る積層膜を作成する必要
もなく、酸化物高温超伝導体単結晶をそのまま用いるこ
とができる。また酸化物高温超伝導体単結晶の微細加工
において、従来から用いられているイオンビーム等によ
る微細加工技術を踏襲でき、さらに制御用の電極形成等
も従来の方法で可能なこと等から、技術的な問題点の多
くが解決されている。
【００２０】また素子面積を数μｍ2程度に縮小できる
ことから超伝導素子の集積化も可能であり、この出願の
発明の動作原理を利用して新機能特性を有した全く新し
い超伝導素子を作成することも可能となる。従って、例
えば磁束線１本を信号源として入力することによって、
現在コンピュータ等で使われている０と１の２進法の入
力だけでなく、０〜ｎまでの（ｎ＋１）進法の入力によ
るコンピュータ素子にも成り得るといったように、情報
通信用の超伝導素子開発が促進される等、応用分野への
拡大が期待される。
ことから超伝導素子の集積化も可能であり、この出願の
発明の動作原理を利用して新機能特性を有した全く新し
い超伝導素子を作成することも可能となる。従って、例
えば磁束線１本を信号源として入力することによって、
現在コンピュータ等で使われている０と１の２進法の入
力だけでなく、０〜ｎまでの（ｎ＋１）進法の入力によ
るコンピュータ素子にも成り得るといったように、情報
通信用の超伝導素子開発が促進される等、応用分野への
拡大が期待される。
【００２１】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。もちろん、この発明は以下の例に限定されるもので
はなく、細部については様々な態様が可能であることは
言うまでもない。
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。もちろん、この発明は以下の例に限定されるもので
はなく、細部については様々な態様が可能であることは
言うまでもない。
【００２２】
【実施例】ビスマス２２１２系酸化物高温超伝導体単結
晶を用いて、この出願の発明における酸化物高温超伝導
体ジョセフソン磁束線素子の性質を評価した。
晶を用いて、この出願の発明における酸化物高温超伝導
体ジョセフソン磁束線素子の性質を評価した。
【００２３】まず、ビスマス２２１２系酸化物高温超伝
導体単結晶（１）を図１（Ａ）に示すように短冊状に切
断加工した後、図１（Ｂ）に詳しく示すように収束イオ
ンビームにより固有ジョセフソン接合部（２）を加工し
た。また図１（Ｃ）は固有ジョセフソン接合部（２）の
切断面図であり、図１（Ｃ）中の矢印は、上下方向の矢
印が電流の方向、左右方向の矢印が磁場の方向を示して
いる。
導体単結晶（１）を図１（Ａ）に示すように短冊状に切
断加工した後、図１（Ｂ）に詳しく示すように収束イオ
ンビームにより固有ジョセフソン接合部（２）を加工し
た。また図１（Ｃ）は固有ジョセフソン接合部（２）の
切断面図であり、図１（Ｃ）中の矢印は、上下方向の矢
印が電流の方向、左右方向の矢印が磁場の方向を示して
いる。
【００２４】図２は微細加工後の固有ジョセフソン接合
部（２）の写真であり、接合部の大きさは幅：１８（挿
入図中におけるＷ）×奥行き：１６（挿入図中における
ｌ）×高さ：２（挿入図中におけるｔ）μｍ3である。
電流は高さ方向、つまりジョセフソン接合面（超伝導層
面）と垂直な方向に流し、磁場はジョセフソン接合面に
ほぼ平行に印加した。
部（２）の写真であり、接合部の大きさは幅：１８（挿
入図中におけるＷ）×奥行き：１６（挿入図中における
ｌ）×高さ：２（挿入図中におけるｔ）μｍ3である。
電流は高さ方向、つまりジョセフソン接合面（超伝導層
面）と垂直な方向に流し、磁場はジョセフソン接合面に
ほぼ平行に印加した。
【００２５】図２の挿入図は実施例に用いた固有ジョセ
フソン接合部（２）の概略図を示しており、ジョセフソ
ン接合面はｃ軸に垂直である。磁場の方向は、実際には
ジョセフソン接合面から約０．０２度傾いており、また
ジョセフソン接合面に垂直に流した電流の大きさは１μ
Ａである。
フソン接合部（２）の概略図を示しており、ジョセフソ
ン接合面はｃ軸に垂直である。磁場の方向は、実際には
ジョセフソン接合面から約０．０２度傾いており、また
ジョセフソン接合面に垂直に流した電流の大きさは１μ
Ａである。
【００２６】図１（Ａ）に示しているように、交流抵抗
ブリッジＬＲ−７００を用いた四端子測定法によってジ
ョセフソン磁束線フロー抵抗（ジョセフソン磁束線フロ
ー電圧）を測定した。温度６５Ｋにおいて、磁場を増加
させたときのジョセフソン磁束線フロー抵抗の変化を図
３に示す。ここで、図３の横軸は磁場の大きさであり、
縦軸は抵抗の大きさである。
ブリッジＬＲ−７００を用いた四端子測定法によってジ
ョセフソン磁束線フロー抵抗（ジョセフソン磁束線フロ
ー電圧）を測定した。温度６５Ｋにおいて、磁場を増加
させたときのジョセフソン磁束線フロー抵抗の変化を図
３に示す。ここで、図３の横軸は磁場の大きさであり、
縦軸は抵抗の大きさである。
【００２７】磁場の大きさが３ｋＯｅ付近になったとこ
ろでジョセフソン磁束線フロー抵抗が現れ始め、７ｋＯ
ｅ付近からジョセフソン磁束線フロー抵抗に周期的な振
動が現れている。図３の挿入図に示しているように、ジ
ョセフソン磁束線フロー抵抗の振動は一定の周期約０．
４ｋＯｅを有し、２５ｋＯｅ付近までの広範囲の磁場で
周期的な振動が現れている。２５ｋＯｅ付近で振動が止
まるのは、ジョセフソン接合面に対する磁場の若干の傾
きによってジョセフソン接合面に垂直に磁束線が侵入す
ることでパンケーキ磁束線が生じ、パンケーキ磁束線に
よるピン止めのためにジョセフソン磁束線フローが停止
するためである。
ろでジョセフソン磁束線フロー抵抗が現れ始め、７ｋＯ
ｅ付近からジョセフソン磁束線フロー抵抗に周期的な振
動が現れている。図３の挿入図に示しているように、ジ
ョセフソン磁束線フロー抵抗の振動は一定の周期約０．
４ｋＯｅを有し、２５ｋＯｅ付近までの広範囲の磁場で
周期的な振動が現れている。２５ｋＯｅ付近で振動が止
まるのは、ジョセフソン接合面に対する磁場の若干の傾
きによってジョセフソン接合面に垂直に磁束線が侵入す
ることでパンケーキ磁束線が生じ、パンケーキ磁束線に
よるピン止めのためにジョセフソン磁束線フローが停止
するためである。
【００２８】振動の周期が約０．４ｋＯｅであるのはビ
スマス２２１２系酸化物高温超伝導体単結晶内に存在す
るジョセフソン接合２個に対してジョセフソン磁束線１
本が入ったことに相当している。即ち、ジョセフソン磁
束線１本がジョセフソン接合内に出入りすることによっ
てジョセフソン磁束フロー抵抗が大きく変化しているこ
とになる。
スマス２２１２系酸化物高温超伝導体単結晶内に存在す
るジョセフソン接合２個に対してジョセフソン磁束線１
本が入ったことに相当している。即ち、ジョセフソン磁
束線１本がジョセフソン接合内に出入りすることによっ
てジョセフソン磁束フロー抵抗が大きく変化しているこ
とになる。
【００２９】この実験事実は磁束線本数を入力信号とし
て利用することで、大きな出力を得ることが可能である
ことを示している。またジョセフソン磁束線フロー抵抗
の振動の周期がジョセフソン接合面の幅に反比例するこ
とを確認しており、その幅を変化させることでジョセフ
ソン磁束線フロー抵抗の振動の周期を変えることも可能
である。
て利用することで、大きな出力を得ることが可能である
ことを示している。またジョセフソン磁束線フロー抵抗
の振動の周期がジョセフソン接合面の幅に反比例するこ
とを確認しており、その幅を変化させることでジョセフ
ソン磁束線フロー抵抗の振動の周期を変えることも可能
である。
【００３０】さらに、この実施例のビスマス２２１２系
酸化物高温超伝導体単結晶の特性は、ジョセフソン磁束
線の素子内での分布により決定されていると考えること
ができ、したがって、超伝導層間の結合の強さを変える
ことによってもジョセフソン磁束線分布に影響を与える
ことから、超伝導層内へ準粒子或いはクーパー対を注入
することにより超伝導層間結合を制御してジョセフソン
磁束線フロー抵抗に周期性を持たせることも可能であ
る。
酸化物高温超伝導体単結晶の特性は、ジョセフソン磁束
線の素子内での分布により決定されていると考えること
ができ、したがって、超伝導層間の結合の強さを変える
ことによってもジョセフソン磁束線分布に影響を与える
ことから、超伝導層内へ準粒子或いはクーパー対を注入
することにより超伝導層間結合を制御してジョセフソン
磁束線フロー抵抗に周期性を持たせることも可能であ
る。
【００３１】
【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この発明に
よって、酸化物高温超伝導体単結晶内に存在する積層状
態のジョセフソン接合構造に特有なジョセフソン磁束線
を利用した新たな動作原理による酸化物高温超伝導体ジ
ョセフソン磁束線素子が提供される。
よって、酸化物高温超伝導体単結晶内に存在する積層状
態のジョセフソン接合構造に特有なジョセフソン磁束線
を利用した新たな動作原理による酸化物高温超伝導体ジ
ョセフソン磁束線素子が提供される。
【図１】この発明の実施例における酸化物高温超電導体
ジョセフソン磁束線素子を例示した概略図である。
ジョセフソン磁束線素子を例示した概略図である。
【図２】この発明の実施例における酸化物高温超電導体
ジョセフソン磁束線素子を例示した写真及び概略図であ
る。
ジョセフソン磁束線素子を例示した写真及び概略図であ
る。
【図３】この発明における動作原理を示すジョセフソン
磁束線フロー抵抗−磁場測定結果を示した図である。
磁束線フロー抵抗−磁場測定結果を示した図である。
１ ビスマス２２１２系酸化物高温超伝導体単結晶
２ ジョセフソン接合部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4G047 JA02 JA04 JC03 LA10 LB02
4G048 AA05 AC04 AD06
4M113 AA01 AC25 AC45 AC50 BC04
CA35
5G321 AA05 BA08 CA05
Claims (8)
- 【請求項１】 酸化物高温超伝導体を微細加工してジョ
セフソン接合部を形成し、ジョセフソン接合面に垂直に
電流を流し、且つジョセフソン接合面にほぼ平行に磁場
を印加することによりジョセフソン磁束線フロー電圧
（ジョセフソン磁束線フロー抵抗）を生じさせ、量子化
されたジョセフソン磁束線のジョセフソン接合内への出
入りによってジョセフソン磁束線フロー電圧（ジョセフ
ソン磁束線フロー抵抗）に周期的な振動が発生する動作
原理を有するようにしたことを特徴とする酸化物高温超
伝導体ジョセフソン磁束線素子。 - 【請求項２】 酸化物高温超伝導体として、Ｂｉ2Ｓｒ2
ＣａＣｕ2ＯX化合物系酸化物高温超伝導体が用いられる
ことを特徴とする請求項１の酸化物高温超伝導体ジョセ
フソン磁束線素子。 - 【請求項３】 ジョセフソン接合面に印加する磁場の方
向及び電流の方向に垂直な方向のジョセフソン接合面の
幅によりジョセフソン磁束線フロー電圧（ジョセフソン
磁束線フロー抵抗）の振動の周期が決定され、その周期
がジョセフソン接合面の幅に反比例することを特徴とす
る請求項１または２の酸化物高温超伝導体ジョセフソン
磁束線素子。 - 【請求項４】 ジョセフソン接合面に垂直に流れる電流
の電流密度が、１００Ａ／ｃｍ2以下であることを特徴
とする請求項１ないし３のいずれかの酸化物高温超伝導
体ジョセフソン磁束線素子。 - 【請求項５】 印加する磁場の方向のジョセフソン接合
面に対しての傾きが、０．１度以内であることを特徴と
する請求項１ないし請求項４のいずれかの酸化物高温超
伝導体ジョセフソン磁束線素子。 - 【請求項６】 Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2ＯX化合物系酸化物
高温超伝導体が、特性を損なわない範囲で組成調整、元
素添加或いは元素置換を行ったもの、酸素濃度を制御し
たもの、準粒子或いはクーパー対を注入したものおよび
積層状態の固有のジョセフソン接合構造を有する他の高
温超伝導体に置換可能であることを特徴とする請求項１
ないし請求項５のいずれかの酸化物高温超伝導体ジョセ
フソン磁束線素子。 - 【請求項７】 Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2ＯX化合物系酸化物
高温超伝導体が、従来の超伝導体から成る超伝導層−絶
縁層−超伝導層構造の超伝導多層構造に置換可能である
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかの
酸化物高温超伝導体ジョセフソン磁束線素子。 - 【請求項８】 動作温度が超伝導転移温度以下であるこ
とを特徴とする請求項１ないし７のいずれかの酸化物高
温超伝導体ジョセフソン磁束線素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001255084A JP4126367B2 (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 酸化物高温超伝導ジョセフソン磁束線素子及びその素子におけるジョセフソン磁束線フロー電圧の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001255084A JP4126367B2 (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 酸化物高温超伝導ジョセフソン磁束線素子及びその素子におけるジョセフソン磁束線フロー電圧の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003069098A true JP2003069098A (ja) | 2003-03-07 |
| JP4126367B2 JP4126367B2 (ja) | 2008-07-30 |
Family
ID=19083122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001255084A Expired - Lifetime JP4126367B2 (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 酸化物高温超伝導ジョセフソン磁束線素子及びその素子におけるジョセフソン磁束線フロー電圧の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4126367B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011233825A (ja) * | 2010-04-30 | 2011-11-17 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 固有ジョセフソン接合素子、及び、これを用いた量子ビット、超伝導量子干渉素子、テラヘルツ検出器、テラヘルツ発振器、電圧標準装置、ミリ波・サブミリ波受信機、並びに、固有ジョセフソン接合素子の製造方法 |
-
2001
- 2001-08-24 JP JP2001255084A patent/JP4126367B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011233825A (ja) * | 2010-04-30 | 2011-11-17 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 固有ジョセフソン接合素子、及び、これを用いた量子ビット、超伝導量子干渉素子、テラヘルツ検出器、テラヘルツ発振器、電圧標準装置、ミリ波・サブミリ波受信機、並びに、固有ジョセフソン接合素子の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4126367B2 (ja) | 2008-07-30 |
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