JP2021087004A - 超伝導位相シフター - Google Patents

Abstract

【課題】外部電源の利用による環境磁場によるノイズの悪影響を受けることもなく、異種材料のもたらすリスクを皆無または最小限に抑え、位相シフターが信号線路と直流的に接続していることによる信号電流と制御電流の混一の問題も原理的に解決し、さらに、導入したい位相シフトを安定的にそして確実に与えるための位相シフトの導入方法、そのための構造及び回路装置を提案する。【解決手段】本発明に係る構造は、位相シフター１０１と、演算または記憶に直接供する閉ループ回路１０３とを備え、閉ループ回路１０３と直流的に切り離された位相シフター１０１に捕捉された分数磁束量子を使用して、閉ループ回路１０３に量子位相の位相シフトを生じさせる。【選択図】図２

Description

本発明は、超伝導を使ったエレクトロニクスにおいて、分数磁束量子(中途半端な磁束量子)を使用して、超伝導の位相シフトを導入する方法及び構造に関する。また、分数磁束量子の磁束量の絶対量の評価と分数磁束量子を発生させることのできる超伝導材料の探索法に関する。

超伝導エレクトロニクスのうち、超伝導の位相を使ったエレクトロニクスにおいては、超伝導の位相のずれを生み出す装置、すなわち位相シフターは必須の装置であり、様々な様式が提案されている。以下、それらの方法について、例示する。

超伝導の位相をずらす方法は、以下の５つに大別される。

すなわち、（１）ジョセフソン接合に電流を流す方法（非特許文献１ １９６頁 (６.１)式）、（２）磁場のベクトルポテンシャルを使って位相をずらす方法（特許文献１、非特許文献１ ２０２頁 (６.１１)式、非特許文献２から非特許文献１０）、（３）閉回路の経路の中で、接合とは違う場所に電流を流す方法（非特許文献１１から非特許文献１３）、（４）多成分超伝導の位相差ソリトンを使う方法（特許文献２から特許文献６、非特許文献１４及び非特許文献１５）、及び（５）π接合というジョセフソン接合を使う方法（非特許文献７から非特許文献１０、及び非特許文献１６から非特許文献３０）である。

米国特許第９３５５３６５号明細書 特許第４０６１３７２号公報 特許第４０１０３６２号公報 特許第６４５５９２９号公報 特許第５１０３６６７号公報 特許第５３５２８５５号公報 米国特許第６６２７９１６号明細書 米国特許出願公開第２００３／００２７７２４号明細書 米国特許第６９８７２８２号明細書 特許第４６０９７３３号公報 特許第４２３５８３９号公報 特開２０１２−１５４２７号公報 特開２０１１−４４４６０号公報

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式（１）が、もっとも一般的な位相の導入方法である。この方法は、目的とする演算回路や記憶素子の機能する部分として使用されることが多く、位相のオフセットである位相シフターとは、通常区別して使用される。

磁場のベクトルポテンシャルを使って位相をずらす方法は、閉ループにおいて、その閉ループを貫く磁束量の合計がΦの時

で与えられる。ここで、Φは当該ループを周回する環電流Iによって発生する磁束量と、当該閉ループ以外の部分で発生し、当該閉ループと鎖交する磁束量Φ_exの合計として次の式で与えられる。Φ_０は単位磁束量子の磁束量である。

ここで、Ｌ_magneticは、閉ループの自己インダクタンスである。すなわち、

電流Ｉを直接流す方法で生じる位相は、

である。μ_０は真空の透磁率、λは磁場侵入長（超伝導体に外部磁場をかけた時に、どの程度磁場が超伝導体にしみこむかを距離で表したもの）、Ｓは回路を構成する線の断面積、lは線路の長さである。通常は、たとえば非特許文献３１の式（２）にあるように

として、式（５）は

とする。

Ｌ_kineticはカイネティックインダクタンスと呼ばれ、位相をずらす効果としては、Ｌ_magneticと同じ役割を果たす。そこで、位相シフト考える場合は、Ｌ_magneticとＬ_kineticの合計がインダクタンスになっているとみなすことができ、これＬとする。すなわち、

である。Ｌ_kinetic×Ｉは実際には磁場を出さないが、自己インダクタンスのエネルギー、 Ｅ_self、は通常のコイルの持っている自己インダクタンスのエネルギーと同様に

となる。非特許文献３２にあるように、この自己エネルギーは、通常の磁場のエネルギーに加え、Ｌ_kineticによって、超伝導電子対の運動エネルギーの寄与を取り込んでいる。
よって、外部磁場と、自己インダクタンスからくる位相シフトは、式（４）と式（７）から、

となる。

２成分超伝導体の場合、位相差ソリトンによる位相シフトは、非特許文献３によれば、

となる。ここで非特許文献３の超伝導電子対密度Ｎ_ｉと、超伝導電子対の質量ｍ_ｉは、それぞれの成分が仮に単独であった場合の磁場侵入長、式（１２）で置き換えられている。なお、ｅ^＊は、電子対の持つ電荷である。

式（１１）にプラスとマイナスの記号があるのは、位相差ソリトンに、右巻きのものと左巻きの２種類があるためである。通常は、右巻きか左巻きかどちらかを位相差ソリトンとして、それとは違う方を、アンチ位相差ソリトンとして区別する。本明細書においては、プラスの位相差を生み出すものを、位相差ソリトンとする。

π接合と呼ばれるジョセフソン接合は、さらに細かく分けると、次の二つになる。

一つは、ｄ波超伝導に見られるような秩序関数に符号反転があるような超伝導体を含む接合において、接合が位相シフトを伴わないことを要求した場合、ループの中に、符号の組み合わせが異なる(言い換えれば秩序関数の接合における重なり積分が負になる)奇数個の接合が生じる場合である（特許文献７、非特許文献１５から非特許文献２１）。この場合、符号の組み合わせが異なる接合では、接合エネルギーを下げるために、πラディアンだけ位相がずれる（位相をずらすことによって、秩序関数の接合における重なり積分が正になる）。たとえば、非特許文献１６の５２１頁図５の挿入図や、非特許文献１８の９１２頁図１、非特許文献１９の１９４頁図３．３４（a）の挿入図に例が示されている。

もう一つは、接合に電流を流さなくても、秩序関数の振幅が接合中で正から負に反転するような接合である。その例は、特許文献８から特許文献１０、非特許文献２２から非特許文献３０に記載されているように、磁性体をバリアに使った場合である。符号の反転をそのまま位相シフトに換算できる。

秩序関数の符号反転に伴う上記二つの位相シフトは、形式的には、式（１）のIcの値を負にすることによって表現される。

ここで、Δθ_１＝Δθ_１’＋πとおけば、式（１３）は式（１）と同等に扱うことができる。

よって、合計の位相差Δθ_Ｔoｔaｌは、

となる。

閉回路においては、超伝導の量子化条件とは、符号も合わせて、一周回ったら元の秩序関数に戻る（秩序関数の１価性）ことであるため、

となる。なお、ｎは整数である。

ここで、記憶や演算に供する回路が閉回路の場合、閉回路内だけを流れる電流I_circulatingを考え（すなわち、I_circulatingとは、閉回路を通過するが、結局は閉回路から出ていく電流の寄与を取り除いた巡回電流である。）以下の位相シフトを導入する。

実際の回路では、演算や記憶に供する位相はΔθ_１とΔθ_３ｃであることが一般的である。Δθ_１とΔθ_３ｃが「信号位相」（半導体エレクトロニクスの信号電圧に相当するもの）に相当し、Δθ_２+(Δθ_３−Δθ_３ｃ)+Δθ_４は位相バイアスになる。

位相シフターとして最も古い技術は、外部電源を使って、目的とする回路から切り離されたコイルで発生させた外部磁場に、演算や記憶に使用する目的の閉回路を暴露する方法である。非特許文献２、非特許文献３がその代表例である。この方法によって、実際に量子コンピュータの基本要素となる量子ビットの研究がなされている（非特許文献４から非特許文献８）。

しかるにこの方法を、目的となる回路が搭載されているデバイス全体に磁場をかけることによって実現しようとした場合、外部磁場に曝露したくない場所まで外部磁場に曝露されることになる。それを避けるために目的とする回路の近くまで外部から線路を引き込んで、目的回路の近くのコイルで磁場を発生させても、その引き込み線から漏れた磁場が、目的としない場所にも磁場をもたらす。もっとも問題なのは、どちらの場合も、外部回路との結合が大きく、外部回路が発生するノイズに曝露されることである。さらに外部回路と引き込み線がアンテナとして働き、環境とのクロストークが生じ、情報が散逸するという問題もある。これは目的とする回路が、量子ビットである場合、量子ビットの性能を著しく下げる。この効果は、すでに非特許文献２と非特許文献３で詳しく議論されている（もともと非特許文献２と非特許文献３は、量子情報がどのようにして環境に逃げていくかを研究するためのモデルとして、あえて外場を位相シフターとして採用している。すなわち、これをそのまま流用しても、量子ビットに適さないシステムが構築されるだけである。）外部磁場発生のための引き込み線路は、工学的には、回路構成を複雑にし、超伝導チップの面積を広く占有し、機能する部分に使える面積をせまくしてしまう。このような問題点は、非特許文献２３にも平易に説明されている。

磁場を使わず、接合でない部分への電流を流す方法で位相シフトさせる方法、すなわち式（５）による方法でも、引き込み線路と外部電源を使用するような方法（非特許文献１３）になっているので、引き込み線路と外部電源が関係するノイズの問題は、解消できない。

外部電源との切り離しのために、外部電源からの電流供給を必要としない、磁場や電流の供給方法も提案されている（非特許文献１０から非特許文献１２）。

非特許文献１０では、目的回路に隣接して、磁性体を配置し、その磁性体から発生する磁場を利用する方法が開示されている。しかるに、この開示自身が示すように、発生する磁場の大きさは、温度に依存する。これは磁場の大きさの調整が難しいことを意味している。また、磁場は、目的とする回路以外の所にも影響を及ぼすので、集積化するときの回路設計が難しいという問題がある。

非特許文献１１、非特許文献１２では、目的である回路と直流接続した閉回路を設けて、そこに単位磁束量子を捕捉することによって、式（５）の効果と式（８）の効果を使って位相シフトを起こさせる方法を提案している。この方法では、目的閉回路と同程度か、それ以上の幾何学的な大きさを持つ閉ループを必要とするため、回路を搭載するチップの面積を有効に使えないというデメリットがある。かつ、位相シフトのために流れる電流と、信号用に使う電流が、直流的に接続しているため、両方の電流が混一する。信号用の電流は、制御用のループも迂回できるため、集積化した場合の電流の再配分の問題も複雑になり、回路設計が難しくなる。

さらに、非特許文献１１、非特許文献１２の方法では、目的回路のジョセフソン接合の臨界電流より、制御用ループの臨界電流は大きくなければならない。これは低温を保ったまま（すなわち超伝導転移温度以下での）、制御用の磁束量子の出し入れが困難であることを意味している。すなわち、低温を保ったままの回路の再構成ができない。

さらに言えば、制御用閉ループはアンテナの役割もしてしまうため、外部のノイズも吸い取りやすい問題なども考えられる。これらは、すべて、制御用ループが目的とする閉回路と直流結合していることに起因する構造的問題であり、この方法を使う限り解決はできない。

追加の制御ループを使うことなく、位相シフターを実現する方法として、近年着目されているのが、π接合である。

π接合として、段落［００３３］で説明したｄ波超伝導などを使う方法は、非特許文献１６から非特許文献１９で、実験的にも可能であることが判明してから、特許文献７や非特許文献２０で、超伝導エレクトロニクスに適用されている。

しかるに、この方法を使用するためには、ニオブとＹＢＣＯなどの銅酸化物高温超伝導体の接合、または、銅酸化物高温超伝導体同士の接合を作る必要がある。この接合技術は、ニオブだけで作る接合とは、比べ物にならないほど難しく、まだ研究段階の領域であり、実用レベルのプロセス技術が十分に成熟していない。

π接合として、磁性体を使う方法もある。この方法は、非特許文献２２により、30年以上前に理論提案された技術である。しかし、実現には15年がかかり（非特許文献２５）技術はまだ発展途上である。本邦でも最近導入され（非特許文献２６）期待されている技術である。

しかるに、その構造上、この方法を使った位相シフターは、目的回路の中に直流的に組み込まなければならない。通常の接合と、磁性体を使った接合が同じ回路の中に組み込まれ、かつまた、その臨界電流密度の絶対値も、同じレベルでなくてはいけない。違う種類の接合の臨界電流を、互いに親和性よく調整するためには高い技術が要求され、まだ実用段階にはない。

また、プロセス上でも、超伝導とは必ずしも馴染みがよくない。つまり、超伝導材料と磁性材料を交互に取り扱うため、磁性体が超伝導体の中に混入するコンタミネーションがおきるトラブル発生の機会を完全に取り除くことが難しい。コンタミネーションがおきると超伝導特性が破壊される。この点が、磁性体を使うデメリットになる。

言い換えれば、現在超伝導エレクトロニクスの標準となっている材料であるアルミやニオブのプロセスラインに、まだ材料学的に研究段階を脱しきれない磁性体のラインを付け足すことは、現在動いている超伝導のラインが動かなくなるというリスクを伴う。

位相シフトを起こす方法として、位相差ソリトンを使う方法もある。この方法は大変いい方法なのであるが、位相差ソリトンのいる線路と、信号を取り扱う線路が依然、直流的に接続している。このため、技術上克服すべき問題点がある。これについて説明を加える。

従来提案されている方法は（特許文献２から特許文献４、及び特許文献６）では、位相差ソリトンは、目的とする回路と同じ線路に発生させるものである。これは、この技術の主眼が位相差ソリトン自体を情報担体として用いることであるからである。

位相差ソリトンは、多成分超伝導体と言われる特別な超伝導体で実現されるものであり、そのような超伝導体の探索方法や実現方法も提案されている（特許文献１１から特許文献１３）。

特許文献２から特許文献６、特許文献１１から特許文献１３では、位相差ソリトンは、位相差ソリトンを発生する多成分超伝導体単独でエレクトロニクスに供することが開示されていた。

多成分超伝導体単独でエレクトロニクスに供することしか提案されていなかった理由は、次のようなものである。伝統的な多成分超伝導体は、標準的な超伝導エレクトロニクスで使用されるニオブやアルミとは異なる材料でできており、位相差ソリトンによる位相差を直流的に接続された線路を使って利用しようとすれば、多成分超伝導材料とニオブといった異種材料を接続する必要がでてくる。

段落［００５９］で述べた通り、異種材料の接続は、プロセス技術の確立が必要で、そのような技術は確立されていないし、これから確立しようとしても、大きな時間的金銭的投資が必要となり、実現が難しい。段落［００６３］で述べたような、従来ラインに対するすリスク要因にもなる。

ところが、ニオブやアルミを使って「多成分超伝導」を実現できるという最近の技術によって解決策の糸口が見出されるに至った（非特許文献３３、非特許文献３４）。

これにより、多成分超伝導と単一成分超伝導を同じ材料、たとえばニオブ、で実現し、これを直流的に接続する“ハイブリッドデバイス”の提案もなされている（非特許文献３５、非特許文献３６）。

残念ながら、位相差ソリトンが生じた多成分超伝導の線路と単一成分超伝導の線路を直流的に接続した場合であっても、段落［００５４］の中の一部分で触れたように、信号電流と制御用の電流が同じ線路を混一して流れるという問題が生じる。

位相差ソリトンを発生させるために、例えば、特許文献４にあるように、外部から電流を注入する方法を採用すれば、その電流の一部が、直流的につながっている一成分超伝導の線路に流れ込んで、回路の動作を妨げる可能性もあり、それを避けるためには複雑な回路設計をしなければならなくなる。

そもそも、位相差ソリトンを情報担体として使用する意図がなく、位相シフターとしてのみ使用し、演算や記憶は、従来の単一成分超伝導で行うのであれば、位相差ソリトンと、単一成分超伝導の回路を直流的に接続する必要のない回路構成にして、両者の直流的接続による干渉を避けることが望ましい。

しかるに、直流的な接続でおきる問題を原理的に回避した上で、位相差ソリトンのもたらす位相シフト機能のみを、単一成分超伝導の回路に組み込む方法はこれまで提案されてこなかった。

さらに、π接合の導入が抱える、プロセスの大きな変更や、既存インフラの永続的運用にリスクをもたらす異種材料の導入、未確立の異種材料を使った接合の採用がもたらす回路設計・製作の問題を回避する提案もなされてこなかった。

本発明はこの点に鑑みてなされたもので、外部電源の利用による環境磁場によるノイズの悪影響を受けることもなく、異種材料のもたらすリスクを皆無に、またはあったとしても最小限に抑え、位相シフターが信号線路と直流的に接続していることによる信号電流と制御電流の混一の問題も原理的に解決し、さらに、導入したい位相シフトを安定的にそして確実に与えるための位相シフトの導入方法、そのための構造及び回路装置を提案することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、新たなる発想として、一成分超伝導で構成された演算用または記憶に直接供する閉ループ回路の真下または真上に、直流的には切り離された別の超伝導体を配置し、その超伝導体に捕捉させた分数磁束量子が生み出すベクトルポテンシャルによって、目的となる閉ループ回路の中に位相シフトを発生させる。

この分数磁束量子は、多成分超伝導体を使って発生させることを想定しているが、非特許文献１９や非特許文献２４に開示されるようなπ接合を使って実現した分数磁束量子を排除するものではない。

多成分超伝導体としては、非特許文献３３や非特許文献３４にあるような、厚膜であれば単一成分であるが、磁場侵入長より薄い超薄多層膜（超伝導薄膜と非超伝導バリア層が交互に積層したもの）では、多成分超伝導となる超伝導薄膜を想定するが、その他の多成分超伝導体であっても良い。

分数磁束量子としては、分数渦（従来超伝導の渦は、単位磁束量子を伴う。多成分超伝導の多成分の効果により分数磁束量子、すなわち、単位磁束量子の整数倍とは異なる中途半端な量の磁束量を持った渦）が伴う分数磁束量子がまず挙げられる。

分数渦を多成分超伝導体の中に捕捉したままにするために、ピン止め中心を導入することもある。

超伝導超薄膜の二層膜で超薄バリア層を挟んで構成した薄膜では、超伝導超薄膜の片方だけに穴を開けることで、分数渦が出やすくなることが、非特許文献３５、非特許文献３６で開示されている。分数渦として、このようにして作られた分数渦を活用することも有効である。

また、分数磁束量子としては、超伝導超薄膜と超薄バリア層を貫通する貫通穴に捕捉された分数磁束量子でもよい。

分数渦を作るために、超伝導体に磁場を印加しながら冷却して捕捉することが想定される。

分数渦は、低温で、分数渦をつくる超伝導体に下部臨界磁場をかけて発生した分数渦であってもよい。

超伝導超薄膜の二層膜で超薄バリア層を挟んで構成した薄膜では、分数渦は、低温で、層間の臨界電流を超える電流を層間に掛けたことによって生じた分数渦であっても良い。

位相シフトの対象となる回路は、閉回路であれば、その種類は問わない。

特に、１個から複数個のジョセフソン接合を含む超伝導位相干渉素子（ＳＱＵＩＤ）である場合が、実用上もっとも有益な回路である。すなわち、量子ビットや、単一磁束量子回路（ＳＦＱ）の記憶素子がそれに相当する。

目的とする回路がＳＱＵＩＤ構造を持った場合、そのＳＱＵＩＤの持つ臨界電流密度をから、逆に、位相シフト量の絶対値を精度よく観測することができる。

すなわち、位相シフターを未知の超伝導体で構成した場合、位相シフト量から分数磁束量子の量を決定できることはもちろん、未知の超伝導が多成分超伝導であることを判別する超伝導検出回路として機能する。

上記の目的を達成するに特に有用なのは、非特許文献３７から非特許文献４０にあるように、数多くのＳＱＵＩＤを直列接続する方法である。

本発明の実施形態に係る位相シフター（超伝導体）と位相シフター（超伝導体）が作用する演算または記憶に供する回路となる直流型超伝導量子位相干渉素子（直流型ＳＱＵＩＤ素子）を組み合わせた構造を上から視た図である。 図１のＡ−Ａ断面を示す図である。 図１のＢ−Ｂ断面を示す図である。 図１のエレメントを直列に接続した場合の構造を示す図である。 図４のＣ−Ｃ縦断面を示す図である。 図４の素子で位相シフターが機能する様子と測定した測定結果を示す図である。 図４の素子で位相シフターに対して、冷却時の磁場を変化させて、位相シフターの機能のオンとオフをさせることを測定した測定結果を示す図である。

以下、この発明の実施の一形態を説明する。

本発明は、位相シフターと位相シフターが作用する目的回路が直流的には分離され、かつ、位相シフターも外部電源とは完全に切り離されていることを特徴としている。さらに、位相シフターがもっとも有効に働く個所が、目的回路であり、それ以外への影響が極力抑制されていることも特徴としている。

これらの特徴は、図１から図３に、具現化されており、順を追って、本実施形態に係る構造を説明する。

目的の回路（演算または記憶に直接供する閉ループ回路）１０３となっているのは、ジョセフソン接合２個を有する直流型超伝導量子位相干渉素子１００（以下、直流型ＳＱＵＩＤ素子１００とも記す。）である。

本実施形態に係る構造は、超伝導線からなる上部電極１と、下部電極２と、上部電極１と下部電極２との間にバイアス電流と流す直流電源３と、直流電圧測定器４とを備えている。なお、上部電極１及び下部電極２には、電流供給線が含まれている。

上部電極１と下部電極２との間にバイアス電流を流したとき、直流電圧測定器４によって電圧を測定する。直流電源３の直流電流値は、０から徐々に大きくすると、ある電流値で電圧が発生する。この電流値が直流型ＳＱＵＩＤ素子１００の臨界電流となる。

位相シフター１０１による位相シフトが０ラディアンの時に、最大の臨界電流値
（Ｉ_ｃ ^max)が得られる。もし、位相シフター１０１による位相シフトが生じた場合、臨界電流値はＩ_ｃ ^maxより小さくなる（非特許文献１ ６．４．１節、２１５頁、図６．８（ｂ））。

直流型ＳＱＵＩＤ素子１００の構造の理解のために、図２に、図１の断面を示した。また、図１のＡ−Ａ断面が、図２に示されている。また、図１と図２の対応関係を示すため、対応する位置を、それぞれＰ１及びＰ２で示している。

直流型ＳＱＵＩＤ素子１００は、上部電極１と、下部電極２と、ジョセフソンバリア層５から構成されている（図２）。図２において、ジョセフソン接合となっている部分は、点線ＰＬで囲われている部分である。

直流型ＳＱＵＩＤ素子１００の下側には、絶縁層６が設けられている。この絶縁層６には、例えば、酸化ケイ素を用いることができる。なお、絶縁層６は、図１では省略されている。さらに、この絶縁層６の下側には、超伝導体としての位相シフター１０１が設けられている（図２の点線部）。

回路１０３は、位相シフター１０１の直上または直下に設けられ、本実施形態では、回路の直下に位相シフター１０１が設けられている例について説明する。なお、直下、直上とは、回路１０３と位相シフター１０１の距離が３０ｎｍから１μｍ程度である。

位相シフター１０１は、超薄バリア層としてのジョセフソンバリア層７を第一超伝導超薄膜８と、第二超伝導超薄膜９で挟んで構成される。このように、位相シフター１０１は、多成分超伝導体であり、超伝導超薄膜と超薄バリア層とが交互に積層されて構成されている。なお、多成分超伝導体は、多バンド超伝導体であってもよい。

また、本実施形態に係る構造は、位相シフター１０１に捕捉された分数磁束量子を使用して、閉ループ回路１０３に量子位相の位相シフトを生じさせる。

第一超伝導超薄膜８には、穴１０が形成されている。この穴１０は、第一超伝導超薄膜８又は第二超伝導超薄膜９の一方に形成されていればよい。この穴１０を設けることで、分数磁束量子を伴う渦の発生や分数磁束量子の捕捉を容易にする。

なお、第一導電超薄膜８にのみ穴が形成された構造以外にも、位相シフター１０１の表裏を貫通する貫通孔を設けてもよい。この場合、分数磁束量子は貫通孔に生じる。

第一超伝導超薄膜８及び第二超伝導超薄膜９には、例えば、ニオブを使用することができる。第一超伝導超薄膜８及び第二超伝導超薄膜９の厚みは、磁場侵入長よりも薄い必要がある。そのため、磁場侵入長は約８０ｎｍから１００ｎｍであるニオブを使用する場合、この磁場侵入長よりも薄くすることが好ましいが、不純物などを入れて、磁場侵入長をさらに長くすることにより、厚くすることもできる。また、ジョセフソンバリア層７には、例えば、表面を酸化させてアルミナにしたアルミを使用することができ、例えば、厚みが５ｎｍのものを使用できる。このジョセフソンバリア層７の厚みは、２０ｎｍ以下が好ましい。

この構造は、位相シフター１０１に下部臨界電流より大きな磁場を印加し、分数磁束量子を持つ分数渦を発生させるか、または、超伝導転移温度より高い温度から、磁場を印加した状態で位相シフター１０１を超伝導転移温度以下まで冷却し、分数渦を発生させることによって、機能を発揮する状態（オン状態）になる。

すなわち、位相シフター１０１に分数磁束量子を持つ分数渦が発生させ、かつ、分数磁束量子が、位相シフター１０１中に生じる渦糸に随伴して生じ、その分数渦に伴う分数磁束量子が、直流型ＳＱＵＩＤ素子１００の内部を通過することによって、直流型ＳＱＵＩＤ素子１００のリングにベクトルポテンシャルが発生する。そうすると、式（２）に示したように、位相オフセットが発生する。

なお、位相シフター１０１中の渦糸の移動を制限するためのピン留めの中心に、渦糸がピン留めされていることが好ましい。

また、分数渦の中心は、穴１０の縁に存在する傾向がある（非特許文献３４から非特許文献３６）。分数渦の存在する場所の一例として、矢印Ｘでその場所を示した。ただし、分数渦は、円の縁のどこにあっても、位相シフター１０１にもたらす位相シフト量は変わらない。

参考のために、図１のＢ−Ｂ断面図を、図３に示す。

位相シフター１０１の機能を確認するための装置として、直流接続による電圧増幅機能を持たせることもできる。この電圧増幅機能を持たせる方法は、位相シフター１０１が、「未知の多成分超伝導体候補材料」であり、その機能を確認したい時に非常に有効な増幅方法でもある。また、直流型ＳＱＵＩＤ素子１００を直列とすることによって、ノイズも低減される。

直流型ＳＱＵＩＤ素子１００の信号強度は直列数に比例し、ノイズは直列数の平方根に反比例することが知られている（非特許文献３９）。よって、Ｓ／Ｎ比は、直列数の１．５乗に比例して改善される。例えば、直流型ＳＱＵＩＤ素子１００を１００個直列させた構造とすれば、Ｓ／Ｎ比は３桁大きくなる。

図４に、直流型ＳＱＵＩＤ素子１００を直列した場合の一部分を示した。点線枠Ｙで囲った部分が１ユニットとなる。これは、図１のエレメントに相当する。

直流型ＳＱＵＩＤ素子１００の直列された状態を示すために、図４の２１０に示す線の断面図を図５に示した。なお、絶縁層６は、図４では省略している。また、図４と図５の対応関係を示すために、対応する位置をＰ３及びＰ４で示した。

図４で示した構造では、例えば、超伝導材料としてニオブを採用することで実現できる。この場合、ジョセフソンバリア層７は、表面を酸化させてアルミナにしたアルミを採用することが妥当である。また、絶縁層６として酸化ケイ素を採用できる。これらはすべてケイ素基板の上に積層して作製することができる。

位相シフター１０１に使う材料と、直流型ＳＱＵＩＤ素子１００に使う材料は同じものを採用しても良い。

位相シフター１０１のニオブの層の厚みを２０ｎｍ、アルミとアルミナの層の厚みを５ｎｍ、位相シフター１０１と上部電極１との間を１００ｎｍ、上部電極１の厚みを２００ｎｍ、下部電極２の厚みを２００ｎｍ、接合部分以外の上部電極１と下部電極２との間を３００ｎｍとすることができる。

さらに直流型ＳＱＵＩＤ素子１００の接合は、下部電極２の上にアルミを載せ、そのアルミの上に上部電極１を載せ、さらに配線（３００ｎｍ）を設ける。具体的には、下部電極２の上側に、５ｎｍのアルミを表面を酸化させてバリアとして設け、さらに２００ｎｍのニオブ層を載置させて作製する。さらに、この上に酸化ケイ素の絶縁層を３００ｎｍ載せる。さらに、バリア層の上に積んだ２００ｎｍのニオブ層の上の部分だけ、コンタクトホールと呼ばれる穴を、酸化ケイ素の絶縁層にあける。その後、ニオブの上部電極１を形成し、バリア層の上に積んだ２００ｎｍのニオブ層と一体化させることもできる。（図では、バリア層の上に積んだ２００ｎｍのニオブ層は、上部電極１の一部として一体化して現わしている）。さらに、これらを、図５に示した構成で、１００個直列の構造を作製することもできる。

ＳＱＵＩＤリングは外径Ｄを１０μｍ、内径を６μｍとし、位相シフター１０１の外径も１０μｍ、第一超伝導超薄膜８に設ける穴１０の外径を２μｍであれば通常のプロセスで作製することができる。

さらに、位相シフター１０１部分のジョセフソン臨界電流密度の設計値を３００Ａ/ｃｍ^２、直流型ＳＱＵＩＤ素子１０を構成する１個の接合の臨界電流の設計値を約４０μＡにすると、機能する素子を作ることができる。

上記の構造に分数磁束量子を発生させるために２つの方法がある。１つ目は、位相シフター１０１を、無磁場下で超伝導転移温度を越える温度から超伝導転移温度より低い温度まで冷却した後、超伝導転移温度より低温で、位相シフター１０１に対し、磁場を印可することによって、分数磁束量子を発生させる方法である。２つ目は、位相シフター１０１に対し、磁場を印加した状態で、位相シフター１０１を、超伝導転移温度を超える温度からか超伝導転移温度より低い温度まで冷却するによって、分数磁束量子を発生させる方法である。

上記構造の直流型ＳＱＵＩＤ素子１００の直列回路を、超伝導転移温度以上から磁場をかけて冷却後、磁場を切って、回路の特性を測定したものが図６である。また、図６には、磁場を印加させずに、冷却した時の回路の特性も示した。

磁場を印加させないで冷却した場合（無磁場冷却の場合）、直流型ＳＱＵＩＤ素子のバイアス電流を０μＡから１μＡごとに増やしていくと６７μＡで電圧が現れる。つまり、直流型ＳＱＵＩＤ素子の臨界電流は６６μＡ以上、６７μＡ未満であると推測できる。

これに対して、磁束量子（Φ０）の１．８倍、つまり１．８×Φ０の磁束量が直流型ＳＱＵＩＤ素子にかかるようにしたまま、超伝導転移温度以上から超伝導転移温度以下にして、低温にしてから磁場を０にした後、直流型ＳＱＵＩＤ素子の特性をみると、１８μＡで電圧が生じる。つまり、直流型ＳＱＵＩＤ素子の臨界電流は、１７μＡ以上、１８μＡ未満であると推測できる。

直流型ＳＱＵＩＤ素子１００は１００個直列につながっているので、この時、ほぼ、１００個すべての直流型ＳＱＵＩＤ素子１００に、それぞれ、すくなくとも、１個の分数渦が位相シフター１０１に入っており、位相シフター１０１の機能がオン状態になっている。

仮に、通常の磁束量子Φ０を持つ通常の渦が位相シフター１０１に入っていても、発生する位相シフト量は２πラディアンであり、直流型ＳＱＵＩＤ素子１００の位相をシフトさせる効力はない。すなわち、通常の渦が単独で入っていても、位相シフター１０１はオン状態にならず、分数渦と共に入っていても、位相シフトには寄与することはない。

冷却時の磁場を変えて、直流型ＳＱＵＩＤ素子１００に対する位相シフター１０１のオン状態と、オフ状態を測定した結果を図７に示す。

この際、図６で示した、電圧の最大値の１０％に当たる電圧（図７中のＡ）と、９０％にあたる電圧（図７中Ｂ）を、初めて越えた電流を、図７に示した。電圧は、１００個の直流型ＳＱＵＩＤ素子１００で発生している電圧の合計になるため、１０％の線は、約１０個の直流型ＳＱＵＩＤ素子１００に対して位相シフター１０１がオン状態になったこと、９０％の線は、約９０個の直流型ＳＱＵＩＤ素子１００の位相シフター１０１がオン状態になった目安となる。

冷却時の外場がΦ_０から２Φ_０の広い範囲で、位相シフター１０１が、ほぼ１００個すべての直流型ＳＱＵＩＤ素子１００の位相を同じ程度ずらしていることがわかる。つまり、冷却時の磁場を精密に制御することなく、デバイスの構造のみで、位相シフト量を制御できている。

複数のジョセフソン接合を含む閉ループ回路が直流型超伝導量子位相干渉素子であり、直流型超伝導量子位相干渉素子を使用して、分数磁束量子を検出することもできる（検出方法）。この検出方法では、直流型超伝導量子位相干渉素子１００の信号は、直流バイアス電流に対して発生する電圧であってもよく、直流型超伝導量子位相干渉素子１００の信号は、直流型超伝導量子位相干渉素子１００の臨界電流であってもよい。また、この検出方法は、複数の閉ループ回路１０３の直上または直下に、位相シフター１０１がそれぞれ配置された状態で、複数の直流型超伝導量子位相干渉素子１００を直列につなぐことによって、直流型超伝導量子位相干渉素子１００で発生する電圧を増幅させることができる。

そして、この検出方法を用いて、分数磁束量子の分数磁束量の絶対量を評価することができる。また、この検出方法において、分数磁束量子を検出することにより、直流型超伝導量子位相干渉素子１００と密着させた位相シフター１０１が多成分化した超伝導か否かを判断することができる（判断方法）。さらに、この判断方法を用いて、多成分化する超伝導材料を探索することもできる（探索方法）。

次に、本実施形態で説明した構造等の作用効果について、説明する。

本実施形態で示した構造は、位相シフター１０１と回路１０３とが直流的に切り離されるため、回路設計が極めて簡単にできる。基本的に、回路１０３と位相シフター１０１部分は、上下に重なり合う構造のため、非特許文献１１や非特許文献１２で問題になるような、位相シフターの回路の面積方向へかさばりがなくなる。

また、位相シフター１０１が回路１０３の直下に配置されるため、回路１０３以外への磁場の漏洩を最小限に抑えることができる。なお、位相シフター１０１が回路１０３の直上に配置されている場合も、同様な効果を得ることができる。磁束は、穴や渦の周りに集中する傾向があることも、この回路１０３以外への磁場の漏洩をより抑制する効果を生み出す。

同一種類の第一超伝導超薄膜８と第二超伝導超薄膜９によって、ジョセフソンバリア層７を挟んだ二層膜の場合、分数磁束量は、膜厚の比によって絶対的に決定される（非特許文献３５）。このため、特に、非特許文献１０で問題となる、磁束量の温度によるばらつきの心配が大幅に抑制される。

さらに、分数磁束量が膜厚の比によって自由に決定できる。これは、位相シフトがπラディアンに固定されるπ接合を使う方法（特許文献７から特許文献１０、非特許文献１６から非特許文献３０）では、開示されていない自由度をもたらす。また、位相シフター１０１自身が超伝導体のため、ノイズフィルターの役割も果たす。

超伝導体は、分数磁束量子や単位磁束量子など特定の磁束量子を許容するか、全くこれを許容しないかという状態しか許さず、その中間の状態を連続的にとることを許さない。

すなわち、リング近くの磁場の揺らぎは、位相シフター自身によって抑制される傾向が生じる。非特許文献１１及び非特許文献１２でも、位相シフター用に付加したリングが同様な役割を担うことが開示されている。しかし、この役割を担うことによって、反対に、マイスナー電流または遮蔽電流がリングを流れて、ノイズの原因になる。

一方、本実施形態によれば、外乱を遮蔽する役割を担うのは、位相シフター１０１の外縁を流れる電流である。これに対し、位相シフター１０１として分数磁束量子を生み出すのは、位相シフター１０１（超伝導ディスク）の内部の渦の周囲、または中に開けられた穴周りの電流（つまり内縁を流れる電流）であるから、外乱から完璧に守られている。

本実施形態で示した位相シフター１０１は、これまで提案されてきた多くのＳＦＱ（ｓｉｎｇｌｅ−ｆｌｕｘ−ｑｕｎａｔｕｍ）用回路のメモリー素子（たとえば、非特許文献９、非特許文献１１、非特許文献１２、非特許文献２０及び非特許文献２９）や量子ビット（非特許文献２から非特許文献８、特許文献１０、非特許文献２１、非特許文献２３及び非特許文献２７）の位相シフターへ、そのまま置き替えることが原理的に可能であり、従来技術との親和性は極めて高い。

位相シフター１０１の大きさは、原理的には渦の大きさまで小さくすることが可能である。薄膜の効果をいれても、ニオブの場合の渦の大きさは、容易に１μｍを切ることができる。

さらに、位相シフター１０１の第一超伝導超薄膜８と第二超伝導超薄膜９として、ニオブを選択した場合、すべての回路をニオブのプロセスで作ることができる。ニオブを使った超伝導回路の作製インフラで対応する場合、現在のニオブのインフラに一切変更を加える必要がない。さらに、ニオブのインフラとして、作製技術も成熟しているため、取り扱いが容易である。そのため、これまでのＳＦＱと量子ビットの技術をレガシーとして、完全に生かすことができる。特に量子ビットでは、外場を位相シフターに使う方法で問題になっている環境とのクロストークを極限的に抑制したうえで、外場を完全に本実施形態の位相シフター１０１に置き換えることができる。

このように、本実施形態で示した構造は、ＳＦＱ用のメモリーと量子ビットの両方の技術に革命的変革をもたらすことができる。

なお、分数磁束量子をＳＦＱのメモリーに応用する内容は非特許文献４１でも開示されているが、本実施形態で説明した具体的な技術内容は、非特許文献４１においては、一切開示も提案もされていない。

分数磁束量子の検出をもって、位相シフター１０１に使える多成分超伝導を探索する方法は、本発明を使った有力な応用回路である。この応用回路の持つ効果についても次に述べる。

特許文献６、非特許文献３３、３４にあるように、従来は、走査型ＳＱＵＩＤ磁化率顕微鏡で分数磁束量子を特定していた。この方法に比べて本発明は次の点で優位性を持ち、大きな効果を生む。

本発明は、磁束を検知する素子と対象となる試料との間の距離が密着し、対象となる分数磁束量子の磁束量のほぼ全てを一度に検知素子（ＳＱＵＩＤのリング）に導く構造を提供する。

これに対し、走査型ＳＱＵＩＤ磁化率顕微鏡を使う従来の方法では、試料と検出素子の間に、密着で実現しうるギャップよりはるかに大きなギャップが開き、検出素子を通らない磁束が多く発生する傾向を除去できない（非特許文献３４）。また、検出コイルを、空間的にスキャンすることによってその磁束量を検出する構造になっているため、分数磁束量子に含まれるすべての磁束が一度に検出コイルに入る場合と違い、測定後に、総量を積分で求める必要がある。この積分において、測定システムがもつオフセットを差し引く必要が出てくる。この差引のために、絶対量の見積もりに大きな任意性が生じることが除去できない。本発明ではこの、任意性を極限的に抑制できる。

さらに、測定にかかわる利便性にも大きな効果をもたらす。非特許文献３４に開示されているような装置は、液体ヘリウムの大量消費をともなう。具体的には、一つの対象試料に対して、分数磁束量子があるか否かを判定するために、１００リットルのヘリウムの消費と、のべ２４時間かそれ以上の測定時間を必要とする。また、こののべ２４時間以上の測定に関しては、すべて、人間が常駐して、測定システムの動作を監視、制御する必要がある。これは、測定場所の確認や、温度の安定性、温度制御のためのヘリウムの流量の監視、測定機器が正しく動作しているかどうかのモニタリング、さらには、試料とセンサの間のギャップが刑事変化によって適正な値からずれていないか確認するために、おおむね３０分おき毎をめどに人間がかならず測定に介入する必要があるためである。

すなわち完全自動化された測定ができない。装置自身もデリケートで、常に修理しながら運用する必要がある上、高度の熟練技術を有する人間しか、装置を操作することができない。また、非特許文献４２にあるように、近年、ヘリウムの需要供給のバランスが崩れ、供給量が逼迫し、ヘリウムの価格が高騰している。当該装置を稼働させるためには、実験１回あたり４０万円近い金額を液体ヘリウム代だけのために用意する必要がある。このような事情から、装置自身を稼働させるための機会は年に３回くらいであり、実際に分数磁束量子の特定にはおよそ２０年の時間がかかっている。このような装置を、多成分超伝導の材料探索に用いるのは現実的ではない。それに対して、本発明の適用においては、低温実験の基本的なスキルと、液体ヘリウムを一切消費しない冷凍機、基本的な電気的性質の測定機器と、通常の制御用コンピュータさえ用意すればよい。分数磁束量子の有無もたちどころに判定できる。さらに２４時間３６５日の連続自動運転も容易であり、その優位性をもって大いなる効果をもたらす。

非特許文献４３に、探索対象となる試料を加工して、その帯磁率を測定する方法も開示されているが、これに対する優位性も明白である。非特許文献４３に開示されている技術内容を簡単に説明する。対象試料に穴をあけ、カンチレバー（片持ち梁）に乗せる。磁束量子が穴に入ると、そのために、磁化に変化が生じる。この磁化の変化を、カンチレバー共鳴周波数のずれを測定することによって、高精度に測定する方法である。

このような方法においては、常に、磁束量子の磁束量Φ_０があるときの磁化率の評価の問題が生じうる。つまり、測定装置の測定量の校正、言い換えればキャリブレーションの方法で問題が生じやすい。磁束量Φ_０は、絶対的にゆるぎない量であるが、対象材料が磁束量Φ_０を持つ時どのくらいの磁化を有するかは、対象材料の幾何学的形状や、対象材料の磁場侵入長という超伝導特性そのものに依存するのである。

そのため、Φ_０の２倍の２Φ_０を持った時の磁化率を、Φ_０を持った時の磁化率と勘違いした校正を基準にしてしまった場合、Φ_０の磁束量しかもっていないにもかかわらず、これを、Φ_０/２による磁化であると間違った結論を導く可能性を除去できない。

加えて、非特許文献４３で実際に示されているように、目的とする磁束量子由来の磁化は、測定のバックグランドに比べて極めて小さく、そのわずかな変化をバックグランドを差し引いて求める時の任意性もある。

本発明では、磁束量子の整数倍の磁束量からのずれの絶対量が直流型ＳＱＵＩＤ素子１００の臨界電流として直接見積もることができ、上記のようなバックグランドの問題はそもそもない。また、磁束量子Φ_０の校正も原理的に必要ない。これらが磁束量子Φ_０の校正を必要とする従来の方法にかわる大きな効果となる。

参考のために付け加えると、非特許文献３３で開示されている分数磁束量子評価技術でも、非特許文献４３で開示されている技術と同じく、磁束量子Φ_０の校正の問題は解決されていない。

非特許文献３３で開示されている技術で、測定対象となる被測定物はリング形状となっていて、そのリングに流れる電流量の変化を、センシングコイルとの相互誘導電流の変化に置き換えて測定する。この相互誘導係数の校正において任意性が残る。大きなバックグランドからくる任意性も同様にある。本発明は、これらの任意性を極限まで抑制する効果を有している。

また、特許文献１１にあるように、判定対象となる材料に交流磁場をかけて、その応答から多成分化しているかどうか判定する方法も提案されているが、この方法は、発生した分数磁束量子の磁束量の絶対量が判定できず、さらに、エレクトロニクス応用できる様態をとれるかどうかも判定不能である。本発明は、ここでも、分数磁束量子の絶対量の判定、エレクトロニクスへの適用性の判定という効果をもたらす。

ここで、誤解のないように、非特許文献１６で開示されている分数磁束量子の測定技術と、本発明で開示されている技術の根本的違いについても付記する。

非特許文献１６では、試料で接合を含む閉ループを作って分数磁束量子を測定する方法が開示されている。これは、もともと、超伝導の秩序関数の符号反転を検出することを目的としたものであり、本発明とは技術内容が異なる。付け加えれば、本発明の特徴は、対象材料が、接合の助けを必要とすることなく生み出す超伝導秩序関数の位相シフトを検出することであり、非特許文献１６とは、その物理的内容も全く異なる。

以上、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明の要旨構成に即する限り、任意の改変は自由である。いずれにしても本発明によれば、位相シフター中に分数磁束量子を捕捉して、目的回路と重ねることにより、回路面積を増やすことなく、簡便に目的回路に位相シフトを生じさせることができる。この方法は、従来型の量子ビットの位相シフターやＳＦＱ回路における従来の位相シフターに比べて、構成が極めて簡単で、信頼性が高く、しかも容易に従来のものと取り替えた回路設計ができる。本発明は、超伝導エレクトロニクスで従来困難であった低温メモリーの集積化や、量子ビットにおけるコヒーレンス時間の長尺に、革新的改善策を提供するものである。

１ 上部電極
２ 下部電極
３ 直流電源
４ 直流電圧測定器
５ ジョセフソンバリア層
６ 絶縁層
７ ジョセフソンバリア層
８ 第一超伝導超薄膜
９ 第二超伝導超薄膜
１０ 穴
１００ 直流型超伝導量子位相干渉素子（直流型ＳＱＵＩＤ素子）
１０１ 位相シフター（超伝導体）
１０３ 回路（演算または記憶に直接供する閉ループ回路）
Ｄ ＳＱＵＩＤリングの外径
Ｘ 分数渦の存在する場所
Ｙ ユニット
Ｐ１からＰ４ 位置
ＰＬ ジョセフソン接合

Claims (19)

1. 超伝導体と、演算または記憶に直接供する閉ループ回路と、を備える構造において、
   前記閉ループ回路と直流的に切り離された前記超伝導体に捕捉された分数磁束量子を使用して、前記閉ループ回路に量子位相の位相シフトを生じさせる、
   ことを特徴とする構造。
2. 前記閉ループ回路の直上または直下に、前記超伝導体が配置された、
   ことを特徴とする請求項１に記載の構造。
3. 前記超伝導体が、多成分超伝導体である、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造。
4. 前記多成分超伝導体が、超伝導超薄膜と超薄バリア層とが交互に積層されて構成される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の構造。
5. 前記多成分超伝導体が、多バンド超伝導体である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の構造。
6. 前記分数磁束量子が、前記超伝導体中に生じる渦糸に随伴して生じている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の構造。
7. 前記渦糸の移動を制限するためのピン留めの中心に、前記渦糸がピン留めされている、
   ことを特徴とする請求項６に記載の構造。
8. 前記超伝導体は貫通孔を有し、
   前記分数磁束量子が、前記貫通孔に生じている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の構造。
9. 前記超薄バリア層は前記超伝導超薄膜によって挟まれ、
   一方の前記超伝導超薄膜に穴を設けることで、前記分数磁束量子を伴う渦の発生や前記分数磁束量子の捕捉を容易にする、
   ことを特徴とする請求項４に記載の構造。
10. 請求項１から請求項９の何れか一項に記載の構造に、前記分数磁束量子を発生させるための方法であって、
    前記超伝導体を、無磁場下で超伝導転移温度を越える温度から超伝導転移温度より低い温度まで冷却した後、
    超伝導転移温度より低温で、前記超伝導体に対し、磁場を印可することによって、前記分数磁束量子を発生させる、
    ことを特徴とする方法。
11. 請求項１から請求項９の何れか一項に記載の構造に、前記分数磁束量子を発生させるための方法であって、
    前記超伝導体に対し、磁場を印加した状態で、前記超伝導体を、超伝導転移温度を超える温度からか超伝導転移温度より低い温度まで冷却するによって、前記分数磁束量子を発生させる、
    ことを特徴とする方法。
12. 前記閉ループ回路が、１または複数のジョセフソン接合を含む、
    ことを特徴とする請求項１から請求項９の何れか一項に記載の構造。
13. 請求項１２に記載の構造において、複数のジョセフソン接合を含む前記閉ループ回路が直流型超伝導量子位相干渉素子であり、
    前記直流型超伝導量子位相干渉素子を使用して、前記分数磁束量子を検出する、
    こと特徴とする検出方法。
14. 前記直流型超伝導量子位相干渉素子の信号が、直流バイアス電流に対して発生する電圧である、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の検出方法。
15. 前記直流型超伝導量子位相干渉素子の信号が、前記直流型超伝導量子位相干渉素子の臨界電流である、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の検出方法。
16. 複数の前記閉ループ回路の直上または直下に、前記超伝導体がそれぞれ配置された状態において、複数の前記直流型超伝導量子位相干渉素子を直列につなぐことによって、前記直流型超伝導量子位相干渉素子で発生する電圧を増幅させる、
    ことを特徴とする請求項１３から請求項１５の何れか一項に記載の検出方法。
17. 請求項1３から請求項１６の何れか一項に記載の検出方法を用いて、前記分数磁束量子の分数磁束量の絶対量を評価する、
    ことを特徴とする評価方法。
18. 請求項1３から請求項1６の何れか一項に記載の検出方法において、
    前記分数磁束量子を検出することにより、前記直流型超伝導量子位相干渉素子と密着させた前記超伝導体が多成分化した超伝導か否かを判断する、
    ことを特徴とする判断方法。
19. 請求項１８に記載の判断方法を用いて、多成分化する超伝導材料を探索する、
    ことを特徴とする探索方法。

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