JP2564545B2 - 超電導装置の動作方法 - Google Patents
超電導装置の動作方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 本発明は超電導（超伝導ともいうがここでは超電導と
いう）材料を用いた発光装置の動作方法に関する。
いう）材料を用いた発光装置の動作方法に関する。
「従来の技術」 従来、超電導材料を用いたアクティブ素子としては、
ジョセフソン接合素子のみが知られる。これまでは、こ
の素子を用いて電気的な論理回路およびメモリ等への応
用のみが検討されていた。
ジョセフソン接合素子のみが知られる。これまでは、こ
の素子を用いて電気的な論理回路およびメモリ等への応
用のみが検討されていた。
「従来の問題点」 特にこのジョセフソン素子は超高速動作をするため、
電気的なスイッチング素子としての有効利用が考えられ
るのみであった。
電気的なスイッチング素子としての有効利用が考えられ
るのみであった。
本発明人はかかるジョセフソン接合型の動作を調べて
いくうち、この接合を利用して発光をさせ得ることを見
出した。
いくうち、この接合を利用して発光をさせ得ることを見
出した。
本発明はかかる赤外線または可視光の発光装置を提供
するにある。
するにある。
「問題を解決する手段」 本発明はかかる問題を解決するもので、酸化物超電導
材料、特にそのTco（抵抗が零となる温度）が75Kまたは
それ以上で動作する材料を用いる。かかる酸化物ジョセ
フソン接合素子において、一対を構成する電極を有する
面にそって透光性被膜を接合部に設ける。特にこの発光
の指向性を向上させるため、発光させる方向を透光性被
膜の面にそって設ける。そして好ましくはその方向を一
方向のみとし、それ以外の端面に対し鏡（ミラー）を配
設し、そこより光を外部に発生させんとする発光装置の
動作方法に関する。
材料、特にそのTco（抵抗が零となる温度）が75Kまたは
それ以上で動作する材料を用いる。かかる酸化物ジョセ
フソン接合素子において、一対を構成する電極を有する
面にそって透光性被膜を接合部に設ける。特にこの発光
の指向性を向上させるため、発光させる方向を透光性被
膜の面にそって設ける。そして好ましくはその方向を一
方向のみとし、それ以外の端面に対し鏡（ミラー）を配
設し、そこより光を外部に発生させんとする発光装置の
動作方法に関する。
即ち、本発明は、超電導材料、特にTcが75K以上の高
温で動作する酸化物超電導材料を用いてレーザ光を発振
させんとするものである。
温で動作する酸化物超電導材料を用いてレーザ光を発振
させんとするものである。
第１図は、本発明に用いるためのジョセフソン接合素
子を示す。即ち、下側の第１の超電導材料（１），トン
ネル電流を流し得る厚さの透光性被膜（透光性、特にレ
ーザ光の吸収損失の少ない材料が選ばれる）（２），さ
らにその上に第２の超電導材料（３）を設け、その上下
の超電導材料に一対の電気エネルギ供給手段（15），
（16）を設けている。
子を示す。即ち、下側の第１の超電導材料（１），トン
ネル電流を流し得る厚さの透光性被膜（透光性、特にレ
ーザ光の吸収損失の少ない材料が選ばれる）（２），さ
らにその上に第２の超電導材料（３）を設け、その上下
の超電導材料に一対の電気エネルギ供給手段（15），
（16）を設けている。
かかる超電導材料のエネルギバンド図を第２図に示
す。
す。
第２図（Ａ）は外部電圧の印加のない場合、または弱
い電圧の印加がある場合である。図面において、超電導
材料（１），（３），その間に介在した透光性被膜
（２）を有する。
い電圧の印加がある場合である。図面において、超電導
材料（１），（３），その間に介在した透光性被膜
（２）を有する。
これはフェルミ面（７）と通常の伝導帯（６）とを有
する。そしてレベル（４）には凝縮したクーパーペァの
レベル（５）を有する。ここで双方の超電導材料
（１），（３）に電圧を加えると、ある電圧まではそれ
ぞれの間に電位差を生ぜず、電子対は自由電子のように
流れ、量子力学の波動性により、被膜（２）中をトンネ
ル効果により通り抜ける。
する。そしてレベル（４）には凝縮したクーパーペァの
レベル（５）を有する。ここで双方の超電導材料
（１），（３）に電圧を加えると、ある電圧まではそれ
ぞれの間に電位差を生ぜず、電子対は自由電子のように
流れ、量子力学の波動性により、被膜（２）中をトンネ
ル効果により通り抜ける。
ここに、より高い電圧を印加すると、この左右の超電
導体間に電位差（ΔＶ）が生ずる。この時、例えば、第
１の超電導材料（１）より第２の超電導材料（３）に電
子対が移る場合、「エネルギ保存の法則」により光（1
0）を発光する。
導体間に電位差（ΔＶ）が生ずる。この時、例えば、第
１の超電導材料（１）より第２の超電導材料（３）に電
子対が移る場合、「エネルギ保存の法則」により光（1
0）を発光する。
この波長は、 ｈν＝2eΔＶ で示される。
ここではh:プランクの定数 e:電気素量 ΔV:電位差 ν：光の振動数 さらにここに交流を加え、その電位差（ΔＶ）を大き
くすると、最大Ｖ（通常の金属の伝導帯の下側と凝縮し
たクーパーペァのレベル（４）との差）までの電位差を
生ぜしめ得る。そしてそれに対応した波長の光（10）を
発光し得る。酸化物超電導体はTcoが100弱を有するた
め、波長λ（1/νでも示される）も10-4m程度を得るこ
とができる。
くすると、最大Ｖ（通常の金属の伝導帯の下側と凝縮し
たクーパーペァのレベル（４）との差）までの電位差を
生ぜしめ得る。そしてそれに対応した波長の光（10）を
発光し得る。酸化物超電導体はTcoが100弱を有するた
め、波長λ（1/νでも示される）も10-4m程度を得るこ
とができる。
またここで外部より印加した電圧を可変すると、結果
として発光波長をも可変し得る。
として発光波長をも可変し得る。
一般に発光は、逆転分野が必要であることが知られて
いる。しかし本発明においては、第２図（Ｂ）に示す如
く、右側の超電導材料はクーパーペァの多い超電導材料
を用い、また左側の超電導材料中には不純物を多くして
クーパーペァを少なくし、容易にかかる逆転分布を成就
し得る。
いる。しかし本発明においては、第２図（Ｂ）に示す如
く、右側の超電導材料はクーパーペァの多い超電導材料
を用い、また左側の超電導材料中には不純物を多くして
クーパーペァを少なくし、容易にかかる逆転分布を成就
し得る。
第３図にこの原理を用いた本発明の発光素子を示す。
この図面は第１および第２の酸化物超電導材料（１），
（３）を有する。そしてその間にはトンネル電流を流し
得る透光性被膜（２）を設けている。その端部の３方は
ミラー（鏡）（12）にて取り囲み、光が外部にもれない
ようにしている。また内部で発光した光を100％効率よ
く反射するようにしている。
この図面は第１および第２の酸化物超電導材料（１），
（３）を有する。そしてその間にはトンネル電流を流し
得る透光性被膜（２）を設けている。その端部の３方は
ミラー（鏡）（12）にて取り囲み、光が外部にもれない
ようにしている。また内部で発光した光を100％効率よ
く反射するようにしている。
ここにおいて、電気供給端子（15），（16）に強い電
圧を印加する。するとこの超電導体の中で発光した光は
ミラー（12）で反射し、外部に光をリークできない。そ
してこの外部より加えられた電圧によって決められるΔ
Ｖによって定められた波長の光を発光させることができ
る。
圧を印加する。するとこの超電導体の中で発光した光は
ミラー（12）で反射し、外部に光をリークできない。そ
してこの外部より加えられた電圧によって決められるΔ
Ｖによって定められた波長の光を発光させることができ
る。
以下に図面に従ってその実施例を示す。
「実施例１」 第１図に本発明で用いるジョセフソン素子型発光超電
導装置を示す。
導装置を示す。
酸化物超電導材料として、（A1-xBx）yCuzOw,（ｘ＝
０〜1,y＝2.0〜4.0好ましくは2.5〜3.5,z＝１〜４好ま
しくは1.5〜3.5,W＝４〜10好ましくは６〜８を有する）
を例としてあげることができる。ＡはＹ（イットリウ
ム）,Gd（ガドリニウム）,Yb（イッテルビウム）,Eu
（ユーロピウム）,Tb（テルビウム）,Dy（ジスプロシウ
ム）,Ho（ホルミウム）,Er（エルビウム）,Tm（ツリウ
ム）,Lu（ルチニウム）,Sc（スカンジウム）またはその
他の元素周期表IIIa族の１つまたは複数種類より選ばれ
る。ＢはRa（ラジウム）,Ba（バリウム）,Sr（ストロン
チウム）,Ca（カルシウムMg（マグネシウム）,Be（ベリ
リウム）の元素周期表IIa族より選ばれる。尚、本明細
書における元素周期表は理化学辞典（岩波書店1963年４
月１日発行）によるものである。特に、具体例として、
（YBa2）Cu3O6〜８（ｘ＝0.67,y＝3,z＝3,W＝６〜８）
を用いた。
０〜1,y＝2.0〜4.0好ましくは2.5〜3.5,z＝１〜４好ま
しくは1.5〜3.5,W＝４〜10好ましくは６〜８を有する）
を例としてあげることができる。ＡはＹ（イットリウ
ム）,Gd（ガドリニウム）,Yb（イッテルビウム）,Eu
（ユーロピウム）,Tb（テルビウム）,Dy（ジスプロシウ
ム）,Ho（ホルミウム）,Er（エルビウム）,Tm（ツリウ
ム）,Lu（ルチニウム）,Sc（スカンジウム）またはその
他の元素周期表IIIa族の１つまたは複数種類より選ばれ
る。ＢはRa（ラジウム）,Ba（バリウム）,Sr（ストロン
チウム）,Ca（カルシウムMg（マグネシウム）,Be（ベリ
リウム）の元素周期表IIa族より選ばれる。尚、本明細
書における元素周期表は理化学辞典（岩波書店1963年４
月１日発行）によるものである。特に、具体例として、
（YBa2）Cu3O6〜８（ｘ＝0.67,y＝3,z＝3,W＝６〜８）
を用いた。
この超電導材料は単結晶であることが好ましい。
このため、YSZ,SrTiO3等の基板上にスパッタ法を用い
たエピタキシャル成長法を用いることも有効である、ま
たブリッジマン法等により単結晶のタブレットを作るこ
とも有効である。
たエピタキシャル成長法を用いることも有効である、ま
たブリッジマン法等により単結晶のタブレットを作るこ
とも有効である。
これらに対し、この後透光性被膜を構成させるため、
例えば金属のアルミニウム、タンタルまたは半導体の珪
素を真空蒸着法または光CVD法を用い、５〜50Å例えば1
0Åの厚さに形成した。さらにこれら全体を400〜1000
℃,1〜100時間、例えば600℃で５時間アニールをし、同
時に金属アルミニウム、タンタルまたは半導体の珪素を
酸化させた。
例えば金属のアルミニウム、タンタルまたは半導体の珪
素を真空蒸着法または光CVD法を用い、５〜50Å例えば1
0Åの厚さに形成した。さらにこれら全体を400〜1000
℃,1〜100時間、例えば600℃で５時間アニールをし、同
時に金属アルミニウム、タンタルまたは半導体の珪素を
酸化させた。
すると例えば、アルミニウムを用いる場合、この結果
形成された酸化アルミニウムの下側の酸化物超電導材料
の表面近傍における酸素濃度を、内部（バルク）と概略
同一とすることができ、表面においても超電導特性を有
せしめ得る。
形成された酸化アルミニウムの下側の酸化物超電導材料
の表面近傍における酸素濃度を、内部（バルク）と概略
同一とすることができ、表面においても超電導特性を有
せしめ得る。
さらにこの表面にスパッタ法、気相法、スクリーン印
刷法等により第２の酸化物超電導材料（３）を第１の超
電導材料と同一主成分材料により形成させた。
刷法等により第２の酸化物超電導材料（３）を第１の超
電導材料と同一主成分材料により形成させた。
次にこれらをフォトエッチング法により、第３図に示
す如く、その周辺部に対し損傷を与えることなくエッチ
ングし、透光性被膜の端面を露呈させた。さらにこの表
面における３方を光を完全に遮蔽し100％反射するミラ
ーを銀またはアルミニウムにより形成した。
す如く、その周辺部に対し損傷を与えることなくエッチ
ングし、透光性被膜の端面を露呈させた。さらにこの表
面における３方を光を完全に遮蔽し100％反射するミラ
ーを銀またはアルミニウムにより形成した。
この時、銀またはアルミニウムと酸化物との間の反応
を防ぐため、透光性酸化物を５〜50Åの厚さに形成して
もよい。また、端面（11）より発光（10）をせしめる。
を防ぐため、透光性酸化物を５〜50Åの厚さに形成して
もよい。また、端面（11）より発光（10）をせしめる。
かくして第３図の超電導材料を用いた発光素子を作る
ことができた。
ことができた。
ここに電圧を印加した。そしてこのΔＶ（第２図に示
す）として数十mVを印加し、ハーフミラーにより赤外線
の反射を観察することができた。またTcoとして室温ま
たはそれ以上での温度を有せしめることが可能であるな
らば、可視光の発光も不可能ではない。
す）として数十mVを印加し、ハーフミラーにより赤外線
の反射を観察することができた。またTcoとして室温ま
たはそれ以上での温度を有せしめることが可能であるな
らば、可視光の発光も不可能ではない。
この特性は酸化物セラミックスのTcoの向上ととも
に、可視光またはそれに近い波長の光を発光させ得る。
また、透光性被膜特に酸化物または窒化物絶縁膜の作製
により、連続発振または電気エネルギの光エネルギへの
変換効率の向上を行い得る。
に、可視光またはそれに近い波長の光を発光させ得る。
また、透光性被膜特に酸化物または窒化物絶縁膜の作製
により、連続発振または電気エネルギの光エネルギへの
変換効率の向上を行い得る。
本発明の第３図において、第１の酸化物超電導性材料
を基板として用いた場合を示し、発光面はこの基板と平
行方向に発光させた。しかし基板をYSZ等の絶縁物基板
とし、ここに薄膜状に選択的に第１の超電導材料を形成
し、超電導発光素子およびその他の論理回路素子との集
積化構成をさせることもできる。また光を基板と垂直方
向に発光させてもよい。
を基板として用いた場合を示し、発光面はこの基板と平
行方向に発光させた。しかし基板をYSZ等の絶縁物基板
とし、ここに薄膜状に選択的に第１の超電導材料を形成
し、超電導発光素子およびその他の論理回路素子との集
積化構成をさせることもできる。また光を基板と垂直方
向に発光させてもよい。
「効果」 本発明により、電圧によりその波長の制御された発光
が可能となった。さらにこの光の発光を固体素子として
行い得る。
が可能となった。さらにこの光の発光を固体素子として
行い得る。
このため、これまで知られていた半導体発光素子にお
いては固体電子ディバイスという特長を有しながら特定
の波長しか発光できなかったが、これとは異なる分野へ
の新しい応用が可能であろう。
いては固体電子ディバイスという特長を有しながら特定
の波長しか発光できなかったが、これとは異なる分野へ
の新しい応用が可能であろう。
また波長の可変するレーザとして色素レーザまた色中
心レーザが知られている。しかしこれらは回析格子等の
波長可変素子を必要とし、制御が不便である。この点、
本発明は印加する電圧／電流により精密に制御し得る。
心レーザが知られている。しかしこれらは回析格子等の
波長可変素子を必要とし、制御が不便である。この点、
本発明は印加する電圧／電流により精密に制御し得る。
第１図は本発明に用いるジョセフソン接合素子の縦断面
図を示す。 第２図は本発明の発光の動作原理を示す。 第３図は本発明の超電導素子を用いた発光素子の斜視図
を示す。
図を示す。 第２図は本発明の発光の動作原理を示す。 第３図は本発明の超電導素子を用いた発光素子の斜視図
を示す。
Claims (3)
- 【請求項１】第１および第２の超電導材料と、 その間に介在する透光性膜と、 を有し、 前記第２の超電導材料には前記第１の超電導材料より不
純物が多く含まれている接合素子において、 前記接合素子に電圧を印加することにより発光させるこ
とを特徴とする超電導装置の動作方法。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、外部より
印加した電圧によって波長を可変することを特徴とする
超電導装置の動作方法。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、超電導材
料はTco（抵抗が零となる温度）が75K以上を有し、赤外
光または可視光を発光させることを特徴とする超電導装
置の動作方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62111612A JP2564545B2 (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 超電導装置の動作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62111612A JP2564545B2 (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 超電導装置の動作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63275190A JPS63275190A (ja) | 1988-11-11 |
| JP2564545B2 true JP2564545B2 (ja) | 1996-12-18 |
Family
ID=14565748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62111612A Expired - Fee Related JP2564545B2 (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 超電導装置の動作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2564545B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000353836A (ja) * | 1999-06-10 | 2000-12-19 | Japan Science & Technology Corp | 超伝導コヒーレント電磁波発振装置及びその製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2832122A1 (de) * | 1978-07-21 | 1980-01-31 | Kraftwerk Union Ag | Messlanze fuer siedewasserkernreaktoren |
-
1987
- 1987-05-06 JP JP62111612A patent/JP2564545B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63275190A (ja) | 1988-11-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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