JPH033396B2 - - Google Patents
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- JPH033396B2 JPH033396B2 JP56105575A JP10557581A JPH033396B2 JP H033396 B2 JPH033396 B2 JP H033396B2 JP 56105575 A JP56105575 A JP 56105575A JP 10557581 A JP10557581 A JP 10557581A JP H033396 B2 JPH033396 B2 JP H033396B2
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- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
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-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/02—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
- H03K19/195—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using superconductive devices
- H03K19/1952—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using superconductive devices with electro-magnetic coupling of the control current
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- Computing Systems (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ジヨセフソン素子を使つた論理回路
で特に直流電源駆動方式の回路に関する。
で特に直流電源駆動方式の回路に関する。
従来のジヨセフソン素子を使つたデイジタル回
路は、主に交流電源駆動方式が検討され、直流電
源駆動方式の回路が見過されていた。しかし、交
流電源駆動方式の回路はその構造が簡単である反
面、交流電源駆動回路をおさめる実装構造が複雑
となるため最近では直流電源駆動方式が見直され
色々な形式の回路が提案されている。以下に従来
技術による直流電源駆動回路の問題点をあげる。
第１ａ図、第１ｂ図は例えば超電導材料の間に絶
縁層をもうけた構造の、いわゆるサンドイツチ構
造のジヨセフソン素子の電圧−電流特性である。
ジヨセフソン素子に流れうる最大の超電導電流は
ジヨセフソン素子と鎖交する磁束によつて制御さ
れる。例えば第１ａ図ではジヨセフソン素子に磁
束が鎖交していないため、ジヨセフソン素子に流
れうる最大の超電導電流は多いが、第１ｂ図では
ジヨセフソン素子に磁束が鎖交しているため、ジ
ヨセフソン素子に流れうる最大の超電導電流は少
いことを示している。電圧状態にあるジヨセフソ
ン素子の両端にかかる直流電圧をある値以下にす
るとジヨセフソン素子が超電導状態にもどる現象
は良く知られている。電圧状態にとどまつていら
れる最小の電圧Vnioは近似的に(1)式で記述され
る。
路は、主に交流電源駆動方式が検討され、直流電
源駆動方式の回路が見過されていた。しかし、交
流電源駆動方式の回路はその構造が簡単である反
面、交流電源駆動回路をおさめる実装構造が複雑
となるため最近では直流電源駆動方式が見直され
色々な形式の回路が提案されている。以下に従来
技術による直流電源駆動回路の問題点をあげる。
第１ａ図、第１ｂ図は例えば超電導材料の間に絶
縁層をもうけた構造の、いわゆるサンドイツチ構
造のジヨセフソン素子の電圧−電流特性である。
ジヨセフソン素子に流れうる最大の超電導電流は
ジヨセフソン素子と鎖交する磁束によつて制御さ
れる。例えば第１ａ図ではジヨセフソン素子に磁
束が鎖交していないため、ジヨセフソン素子に流
れうる最大の超電導電流は多いが、第１ｂ図では
ジヨセフソン素子に磁束が鎖交しているため、ジ
ヨセフソン素子に流れうる最大の超電導電流は少
いことを示している。電圧状態にあるジヨセフソ
ン素子の両端にかかる直流電圧をある値以下にす
るとジヨセフソン素子が超電導状態にもどる現象
は良く知られている。電圧状態にとどまつていら
れる最小の電圧Vnioは近似的に(1)式で記述され
る。
In：ジヨセフソン素子に流れうる最大の超電導電
流 Cj：ジヨセフソン接合容量 ｈ：プランク定数を2πでわつたもの ｅ：電子電荷 Ｇ：ジヨセフソン接合のトンネルコンダクタンス Vnioは(1)で明かな様にジヨセフソン素子に流れ
うる最大電流の平方根に比例する。そのため第１
ａ図のVnio1は第１ｂ図のVnio2よりも大きい。第
２図は従来技術による公知の直流電源駆動回路の
例である。ジヨセフソン素子１０１の１端は接地
され、他端は端子１０４に接続される。負荷抵抗
１０２の１端は接地され、他端は端子１０４に接
続される。この端子１０４は回路の出力端子であ
る。直流電流源１０３の１端は接地され、他端は
端子１０４に接続される。コントロール配線１０
７はジヨセフソン素子１０１の近傍におかれ、端
子１０５，１０６を介してコントロール配線１０
７を流れるコントロール電流により発生する磁束
はジヨセフソン素子１０１と鎖交する。第２図で
点線で囲んだ領域は磁気的に結合している範囲を
表している。ジヨセフソン素子１０１は第１ａ
図、第１ｂ図に示す電圧−電流特性を持つ。以下
に第２図に示す回路の動作を説明する。第３図は
第１ａ図に抵抗１０２の負荷直線を、第４図は第
１ｂ図に抵抗１０２の負荷直線を書き加えた図で
ある。コントロール電流が流れない場合の動作点
は第３図のＡ点である。すなわちジヨセフソン素
子１０１に磁束が鎖交していないため、最大の超
電導電流が多く、かつVnioも大きい。負荷抵抗１
０２の抵抗値を第３図の様に電圧状態の動作点が
Vnio1より小さい値になる様に設定しておけば、
この状態における回路の安定点は第３図のＡ点し
か無い。そのためジヨセフソン素子１０１は超電
導状態にあり、出力端子１０４は接地電位、すな
わち0Vであり負荷抵抗１０２には電流が流れな
い。コントロール電流がコントロール線１０７を
流れた場合の動作点は第４図のＢ点である。すな
わちジヨセフソン素子１０１に磁束が鎖交してい
るため、最大の超電導電流は少く、かつVnioも小
さいためこの状態における回路の安定点はＢ点し
か無い。そのためジヨセフソン素子１０１は電圧
状態にあり、出力端子１０４は第３図Ｂ点に相当
する電位になり、負荷抵抗１０２には直流電流源
１０３から流れるゲート電流Igの一部が流れる。
コントロール電流の有無を入力信号の“１”、
“０”に対応させ負荷抵抗に流れる電流の有無を
又は端子１０４の電位の高低を出力信号の“１”、
“０”に対応させれば第２図の回路はいわゆるコ
ンバータ回路動作をしていることは明かである。
（入力信号と逆向きの出力信号を発生するインバ
ータ回路に対して、入力信号と同じ向きの出力信
号を発生する回路をここではコンバータ回路と称
する）しかし第２図に示す回路は信号振幅、特に
出力端子１０４の“１”、“０”レベルの電位の差
が小さい欠点がある。すでに説明した様に第２図
に示す回路の信号振幅電圧VA(2)式で示される範
囲にある。
流 Cj：ジヨセフソン接合容量 ｈ：プランク定数を2πでわつたもの ｅ：電子電荷 Ｇ：ジヨセフソン接合のトンネルコンダクタンス Vnioは(1)で明かな様にジヨセフソン素子に流れ
うる最大電流の平方根に比例する。そのため第１
ａ図のVnio1は第１ｂ図のVnio2よりも大きい。第
２図は従来技術による公知の直流電源駆動回路の
例である。ジヨセフソン素子１０１の１端は接地
され、他端は端子１０４に接続される。負荷抵抗
１０２の１端は接地され、他端は端子１０４に接
続される。この端子１０４は回路の出力端子であ
る。直流電流源１０３の１端は接地され、他端は
端子１０４に接続される。コントロール配線１０
７はジヨセフソン素子１０１の近傍におかれ、端
子１０５，１０６を介してコントロール配線１０
７を流れるコントロール電流により発生する磁束
はジヨセフソン素子１０１と鎖交する。第２図で
点線で囲んだ領域は磁気的に結合している範囲を
表している。ジヨセフソン素子１０１は第１ａ
図、第１ｂ図に示す電圧−電流特性を持つ。以下
に第２図に示す回路の動作を説明する。第３図は
第１ａ図に抵抗１０２の負荷直線を、第４図は第
１ｂ図に抵抗１０２の負荷直線を書き加えた図で
ある。コントロール電流が流れない場合の動作点
は第３図のＡ点である。すなわちジヨセフソン素
子１０１に磁束が鎖交していないため、最大の超
電導電流が多く、かつVnioも大きい。負荷抵抗１
０２の抵抗値を第３図の様に電圧状態の動作点が
Vnio1より小さい値になる様に設定しておけば、
この状態における回路の安定点は第３図のＡ点し
か無い。そのためジヨセフソン素子１０１は超電
導状態にあり、出力端子１０４は接地電位、すな
わち0Vであり負荷抵抗１０２には電流が流れな
い。コントロール電流がコントロール線１０７を
流れた場合の動作点は第４図のＢ点である。すな
わちジヨセフソン素子１０１に磁束が鎖交してい
るため、最大の超電導電流は少く、かつVnioも小
さいためこの状態における回路の安定点はＢ点し
か無い。そのためジヨセフソン素子１０１は電圧
状態にあり、出力端子１０４は第３図Ｂ点に相当
する電位になり、負荷抵抗１０２には直流電流源
１０３から流れるゲート電流Igの一部が流れる。
コントロール電流の有無を入力信号の“１”、
“０”に対応させ負荷抵抗に流れる電流の有無を
又は端子１０４の電位の高低を出力信号の“１”、
“０”に対応させれば第２図の回路はいわゆるコ
ンバータ回路動作をしていることは明かである。
（入力信号と逆向きの出力信号を発生するインバ
ータ回路に対して、入力信号と同じ向きの出力信
号を発生する回路をここではコンバータ回路と称
する）しかし第２図に示す回路は信号振幅、特に
出力端子１０４の“１”、“０”レベルの電位の差
が小さい欠点がある。すでに説明した様に第２図
に示す回路の信号振幅電圧VA(2)式で示される範
囲にある。
Vnio2＜VA＜Vnio1 …(2)
現在安定に作れるジヨセフソン素子の最大電流
密度は1000A／cm2程度であり、この条件では
Vnio1は約0.3ｍＶ以下であるため、信号振幅電圧
VAはそれ以下になる。
密度は1000A／cm2程度であり、この条件では
Vnio1は約0.3ｍＶ以下であるため、信号振幅電圧
VAはそれ以下になる。
第５図は第２図に示す回路を改良した従来例で
ある。第１のジヨセフソン素子３０１に第１の負
荷抵抗３０３を並列接続したものと、第２のジヨ
セフソン素子３０２に第２の負荷抵抗３０４を並
列接続したものを直列に接続し、その１端を接地
し、他端を電源端子３１１に接続すると同時に、
該直列接続の中点を出力端子３１０に接続する。
第１のジヨセフソン素子３０１の近傍にバイアス
線３０８を配置する。直流電流源３０９よりバイ
アス線３０８に流れるバイアス電流により発生す
る磁束は第１のジヨセフソン素子と鎖交する。コ
ントロール配線３０７は第１、第２のジヨセフソ
ン素子３０１，３０２の近傍に置かれ、端子３０
５，３０６を介して流れるコントロール電流によ
り発生する磁束は第１、第２のジヨセフソン素子
３０１，３０２と鎖交する。この場合コントロー
ル電流とバイアス電流の方向を互いに逆向きにし
ておき各各の電流により発生し、第１のジヨセフ
ソン素子３０１と鎖交する磁束は互いに打ち消し
合う様にしておく。第５図で点線で囲んだ領域は
磁気的に結合している範囲を表わしている。次に
第５図の回路動作を説明する。コントロール電流
が流れない場合の第１のジヨセフソン素子３０１
の電圧−電流特性は第１ｂ図で表わされ、第２の
ジヨセフソン素子３０２の電圧−電流特性は第１
ａ図で表わされる。コントロール電流が流れる時
は、第１のジヨセフソン素子３０１の電圧−電流
特性は第１ａ図で表わされ、第２のジヨセフソン
素子３０２の電圧−電流特性は第１ｂ図で表わさ
れる。電源端子３１１に印加する電圧を(3)式 Vs＜Vnio1＋Vnio2 …(3) の様にすると、第１、第２のジヨセフソン素子３
０１，３０２のどちらか一方が超電導状態であ
り、他方が電圧状態になる。コントロール電流が
流れない場合は第１のジヨセフソン素子３０１は
電圧状態にあり、第２のジヨセフソン素子３０２
は超電導状態にあるため出力端子３１０は接地電
位すなわち0Vである。コントロール電流が流れ
る場合は第１のジヨセフソン素子３０１は超電導
状態、ジヨセフソン素子３０２は電圧状態にあ
り、出力端子３１０は電源端子と同電位すなわち
Vsボルトである。第５図に示した回路の信号振
幅電圧VAはVsボルトとなる。以上の説明から明
かな様に第５図に示す回路は第２図に示す回路よ
りも信号振幅電圧を大きくできる。しかし第５図
に示す回路はスイツチングの過渡時に回路出力に
発振波形が現われ不安定となることがある。この
出力の発振現象は約10PS乃至100PS程度続く場
合もある。これはスイツチングの過渡時には(3)式
の条件を満さない時があり、そのために第１、第
２のジヨセフソン素子３０１，３０２の両者が電
圧状態になり、出力端子の電圧が不安定になるた
めである。
ある。第１のジヨセフソン素子３０１に第１の負
荷抵抗３０３を並列接続したものと、第２のジヨ
セフソン素子３０２に第２の負荷抵抗３０４を並
列接続したものを直列に接続し、その１端を接地
し、他端を電源端子３１１に接続すると同時に、
該直列接続の中点を出力端子３１０に接続する。
第１のジヨセフソン素子３０１の近傍にバイアス
線３０８を配置する。直流電流源３０９よりバイ
アス線３０８に流れるバイアス電流により発生す
る磁束は第１のジヨセフソン素子と鎖交する。コ
ントロール配線３０７は第１、第２のジヨセフソ
ン素子３０１，３０２の近傍に置かれ、端子３０
５，３０６を介して流れるコントロール電流によ
り発生する磁束は第１、第２のジヨセフソン素子
３０１，３０２と鎖交する。この場合コントロー
ル電流とバイアス電流の方向を互いに逆向きにし
ておき各各の電流により発生し、第１のジヨセフ
ソン素子３０１と鎖交する磁束は互いに打ち消し
合う様にしておく。第５図で点線で囲んだ領域は
磁気的に結合している範囲を表わしている。次に
第５図の回路動作を説明する。コントロール電流
が流れない場合の第１のジヨセフソン素子３０１
の電圧−電流特性は第１ｂ図で表わされ、第２の
ジヨセフソン素子３０２の電圧−電流特性は第１
ａ図で表わされる。コントロール電流が流れる時
は、第１のジヨセフソン素子３０１の電圧−電流
特性は第１ａ図で表わされ、第２のジヨセフソン
素子３０２の電圧−電流特性は第１ｂ図で表わさ
れる。電源端子３１１に印加する電圧を(3)式 Vs＜Vnio1＋Vnio2 …(3) の様にすると、第１、第２のジヨセフソン素子３
０１，３０２のどちらか一方が超電導状態であ
り、他方が電圧状態になる。コントロール電流が
流れない場合は第１のジヨセフソン素子３０１は
電圧状態にあり、第２のジヨセフソン素子３０２
は超電導状態にあるため出力端子３１０は接地電
位すなわち0Vである。コントロール電流が流れ
る場合は第１のジヨセフソン素子３０１は超電導
状態、ジヨセフソン素子３０２は電圧状態にあ
り、出力端子３１０は電源端子と同電位すなわち
Vsボルトである。第５図に示した回路の信号振
幅電圧VAはVsボルトとなる。以上の説明から明
かな様に第５図に示す回路は第２図に示す回路よ
りも信号振幅電圧を大きくできる。しかし第５図
に示す回路はスイツチングの過渡時に回路出力に
発振波形が現われ不安定となることがある。この
出力の発振現象は約10PS乃至100PS程度続く場
合もある。これはスイツチングの過渡時には(3)式
の条件を満さない時があり、そのために第１、第
２のジヨセフソン素子３０１，３０２の両者が電
圧状態になり、出力端子の電圧が不安定になるた
めである。
本発明の目的は信号振幅電圧が大きく、かつ又
スイツチング時の過渡特性が安定な直流電源駆動
回路を提案することにある。
スイツチング時の過渡特性が安定な直流電源駆動
回路を提案することにある。
以下に本発明を実施例を使つて説明する。第６
図はヒステリシス特性を持たないジヨセフソン素
子の電圧−電流特性である。ジヨセフソン素子に
流れうる最大の超電導電流はジヨセフソン素子に
鎖交する磁束によりコントロールされる。例えば
第６図でジヨセフソン素子に鎖交する磁束が零の
場合はで示す特性を、磁束が零でない場合は
で示す特性となる。磁束はジヨセフソン素子な近
傍においたコントロール配線に流れるコントロー
ル電流によつて発生される。ブリツジ形のジヨセ
フソン接合素子、半導体を超電導材料ではさんだ
構造のジヨセフソン接合素子、酸化物を超電導材
料ではさんだ構造のジヨセフソン接合素子で超電
導電流密度が大きい場合の素子が第６図に示す電
圧−電流特性を示す。たとえば、２×106A／cm2
以上の高電流密度を有するPb−oxide−Pb（Io）ジ
ヨセフソン素子は4K以上ではほとんどヒステリ
シス特性を示さなくなることが知られている〔L.
D.Jackl et al：IEEE Trans.Mag.MAG−17，
295（1981）〕。
図はヒステリシス特性を持たないジヨセフソン素
子の電圧−電流特性である。ジヨセフソン素子に
流れうる最大の超電導電流はジヨセフソン素子に
鎖交する磁束によりコントロールされる。例えば
第６図でジヨセフソン素子に鎖交する磁束が零の
場合はで示す特性を、磁束が零でない場合は
で示す特性となる。磁束はジヨセフソン素子な近
傍においたコントロール配線に流れるコントロー
ル電流によつて発生される。ブリツジ形のジヨセ
フソン接合素子、半導体を超電導材料ではさんだ
構造のジヨセフソン接合素子、酸化物を超電導材
料ではさんだ構造のジヨセフソン接合素子で超電
導電流密度が大きい場合の素子が第６図に示す電
圧−電流特性を示す。たとえば、２×106A／cm2
以上の高電流密度を有するPb−oxide−Pb（Io）ジ
ヨセフソン素子は4K以上ではほとんどヒステリ
シス特性を示さなくなることが知られている〔L.
D.Jackl et al：IEEE Trans.Mag.MAG−17，
295（1981）〕。
第７図は本発明の一実施例を示す図である。第
７図に示す回路は第２図にあるジヨセフソン素子
１０１を第６図に示す電圧−電流特性を持つジヨ
セフソン素子２０１におきかえたものである。第
７図に示す回路の動作を以下に説明する。コント
ロール配線１０７にコントロール電流が流れない
場合の回路の動作点は第８図のＡ点である。この
場合ジヨセフソン素子２０１に流しうる最大の超
電導電流が多いため、ジヨセフソン素子は超電導
状態にある。そのため第７図の回路の出力端子１
０４の電位は0Vである。コントロール配線１０
７にコントロール電流が流れる場合の回路の動作
点は第９図のＢ点である。この場合ジヨセフソン
素子２０１に流しうる最大の超電導電流が少いた
め、ジヨセフソン素子は電圧状態にあり、出力端
子１０４の電位はＢ点に対応した0Vでない電位
にある。ジヨセフソン素子２０１の電圧−電流特
性はヒステリシス特性を持たないため次にコント
ロール電流を零にすれば動作点は第８図のＡ点に
うつる。以上説明したごとく第７図の回路はいわ
ゆるコンバータ回路動作をする。
７図に示す回路は第２図にあるジヨセフソン素子
１０１を第６図に示す電圧−電流特性を持つジヨ
セフソン素子２０１におきかえたものである。第
７図に示す回路の動作を以下に説明する。コント
ロール配線１０７にコントロール電流が流れない
場合の回路の動作点は第８図のＡ点である。この
場合ジヨセフソン素子２０１に流しうる最大の超
電導電流が多いため、ジヨセフソン素子は超電導
状態にある。そのため第７図の回路の出力端子１
０４の電位は0Vである。コントロール配線１０
７にコントロール電流が流れる場合の回路の動作
点は第９図のＢ点である。この場合ジヨセフソン
素子２０１に流しうる最大の超電導電流が少いた
め、ジヨセフソン素子は電圧状態にあり、出力端
子１０４の電位はＢ点に対応した0Vでない電位
にある。ジヨセフソン素子２０１の電圧−電流特
性はヒステリシス特性を持たないため次にコント
ロール電流を零にすれば動作点は第８図のＡ点に
うつる。以上説明したごとく第７図の回路はいわ
ゆるコンバータ回路動作をする。
本発明の他の実施例を第１０図に示す。第１の
ジヨセフソン素子４０１の１つの端子は電源端子
３１１に接続され、他の端子は回路の出力端子３
１０に接続されると同時に第２のジヨセフソン素
子４０２の１つの端子に接続される。第２のジヨ
セフソン素子４０２の他端は接地される。第１の
負荷抵抗３０３の１つの端子は電流端子３１１に
接続され、他の端子は回路の出力端子３１０に接
続されると同時に第２の負荷抵抗３０４の１つの
端子に接続される。第２の負荷抵抗３０４の他の
端子は接地される。第１のコントロール配線３０
７は第１、第２のジヨセフソン素子４０１，４０
２の近傍におかれ、端子３０５，３０６を介して
第１のコントロール配線３０７に流れるコントロ
ール電流により発生する磁束は第１、第２のジヨ
セフソン素子４０１，４０２と鎖交する。第２の
コントロール配線３０８は第１のジヨセフソン素
子４０１の近傍におかれ、定電流電源３０９より
供給されるバイアス電流は第２のコントロール配
線を流れ、バイアス電流により発生する磁束は第
１のジヨセフソン素子４０１と鎖交する様にす
る。この場合第１のコントロール配線３０７に流
れるコントロール電流と第２のコントロール配線
３０８に流れるバイアス電流の流れる方向を互い
に逆向きにしておき、各々の電流により発生する
第１のジヨセフソン素子４０１と鎖交する磁束は
互いに打ち消し合う様にしておく。第１０図で点
線で囲まれた領域は磁気的に結合している領域を
示す。第１、第２のジヨセフソン素子は第６図に
示す電圧−電流特性を持つ。電源端子３１１には
直流電圧Vsボルトが印加されている。以下に第
１０図に示す回路の動作を説明する。コントロー
ル電流が流れない時、第１のジヨセフソン素子４
０１にはバイアス電流により発生した磁束が鎖交
するが、第２のジヨセフソン素子４０２には磁束
が鎖交しない。そのため第１のジヨセフソン素子
４０１に流れうる最大の超電導電流は多く、第２
のジヨセフソン素子４０２に流れうる最大の超電
導電流は少い。したがつてコントロール電流が流
れない場合の動作点は第１１図のＡ点となり、第
１のジヨセフソン素子は電圧状態、第２のジヨセ
フソン素子は超電導状態にあり、出力端子３１０
は接地電位すなわち０ボルトになる。コントロー
ル電流が流れる場合、第１のジヨセフソン素子４
０１にはコントロール電流とバイアス電流の両方
が発生する磁束が鎖交するが、先に説明した様に
磁束が互いに打ち消し合うため、第１のジヨセフ
ソン素子４０１には等価的に磁束は鎖交しない状
態となり、第２のジヨセフソン素子４０２にはコ
ントロール電流が発生した磁束が鎖交する。その
ため第１のジヨセフソン素子４０１に流れうる最
大の超電導電流は多く、第２のジヨセフソン素子
４０２に流れうる最大の超電導電流は少ない。し
たがつてコントロール電流が流れる場合の動作点
は第１２図のＢ点となり、第１のジヨセフソン素
子４０１は超電導状態、第２のジヨセフソン素子
４０２は電圧状態になり、出力端子３１０は電源
電圧と等電位、すなわちVsボルトとなる。以上
の説明より第１０図の回路はいわゆるコンバータ
回路動作をしていることは明かである。又第２の
コントロール配線３０８を第２のジヨセフソン素
子４０２の近傍に置けば回路がいわゆるインバー
タ回路動作をすることは明かである。第１０図に
示す回路は第１、第２のジヨセフソン素子４０
１，４０２を直列に接続しているため信号振幅電
圧は大きく、かつ第１、第２のジヨセフソン素子
４０１，４０２の電圧−電流特性にヒステリシス
特性を持たないためスイツチング時の過渡特性が
不安定になる要因も無く安定している。
ジヨセフソン素子４０１の１つの端子は電源端子
３１１に接続され、他の端子は回路の出力端子３
１０に接続されると同時に第２のジヨセフソン素
子４０２の１つの端子に接続される。第２のジヨ
セフソン素子４０２の他端は接地される。第１の
負荷抵抗３０３の１つの端子は電流端子３１１に
接続され、他の端子は回路の出力端子３１０に接
続されると同時に第２の負荷抵抗３０４の１つの
端子に接続される。第２の負荷抵抗３０４の他の
端子は接地される。第１のコントロール配線３０
７は第１、第２のジヨセフソン素子４０１，４０
２の近傍におかれ、端子３０５，３０６を介して
第１のコントロール配線３０７に流れるコントロ
ール電流により発生する磁束は第１、第２のジヨ
セフソン素子４０１，４０２と鎖交する。第２の
コントロール配線３０８は第１のジヨセフソン素
子４０１の近傍におかれ、定電流電源３０９より
供給されるバイアス電流は第２のコントロール配
線を流れ、バイアス電流により発生する磁束は第
１のジヨセフソン素子４０１と鎖交する様にす
る。この場合第１のコントロール配線３０７に流
れるコントロール電流と第２のコントロール配線
３０８に流れるバイアス電流の流れる方向を互い
に逆向きにしておき、各々の電流により発生する
第１のジヨセフソン素子４０１と鎖交する磁束は
互いに打ち消し合う様にしておく。第１０図で点
線で囲まれた領域は磁気的に結合している領域を
示す。第１、第２のジヨセフソン素子は第６図に
示す電圧−電流特性を持つ。電源端子３１１には
直流電圧Vsボルトが印加されている。以下に第
１０図に示す回路の動作を説明する。コントロー
ル電流が流れない時、第１のジヨセフソン素子４
０１にはバイアス電流により発生した磁束が鎖交
するが、第２のジヨセフソン素子４０２には磁束
が鎖交しない。そのため第１のジヨセフソン素子
４０１に流れうる最大の超電導電流は多く、第２
のジヨセフソン素子４０２に流れうる最大の超電
導電流は少い。したがつてコントロール電流が流
れない場合の動作点は第１１図のＡ点となり、第
１のジヨセフソン素子は電圧状態、第２のジヨセ
フソン素子は超電導状態にあり、出力端子３１０
は接地電位すなわち０ボルトになる。コントロー
ル電流が流れる場合、第１のジヨセフソン素子４
０１にはコントロール電流とバイアス電流の両方
が発生する磁束が鎖交するが、先に説明した様に
磁束が互いに打ち消し合うため、第１のジヨセフ
ソン素子４０１には等価的に磁束は鎖交しない状
態となり、第２のジヨセフソン素子４０２にはコ
ントロール電流が発生した磁束が鎖交する。その
ため第１のジヨセフソン素子４０１に流れうる最
大の超電導電流は多く、第２のジヨセフソン素子
４０２に流れうる最大の超電導電流は少ない。し
たがつてコントロール電流が流れる場合の動作点
は第１２図のＢ点となり、第１のジヨセフソン素
子４０１は超電導状態、第２のジヨセフソン素子
４０２は電圧状態になり、出力端子３１０は電源
電圧と等電位、すなわちVsボルトとなる。以上
の説明より第１０図の回路はいわゆるコンバータ
回路動作をしていることは明かである。又第２の
コントロール配線３０８を第２のジヨセフソン素
子４０２の近傍に置けば回路がいわゆるインバー
タ回路動作をすることは明かである。第１０図に
示す回路は第１、第２のジヨセフソン素子４０
１，４０２を直列に接続しているため信号振幅電
圧は大きく、かつ第１、第２のジヨセフソン素子
４０１，４０２の電圧−電流特性にヒステリシス
特性を持たないためスイツチング時の過渡特性が
不安定になる要因も無く安定している。
第１３図は第１０図に示した回路で他の回路を
駆動する場合の構成（図では第１０図の回路を２
段接続した場合を示す）を示した図である。第１
０図に示す負荷抵抗３０４に流れる電流を伝送線
路５０１と駆動される回路の端子３０５，３０６
を介してコントロール配線307に流すことにより
回路を駆動できる。
駆動する場合の構成（図では第１０図の回路を２
段接続した場合を示す）を示した図である。第１
０図に示す負荷抵抗３０４に流れる電流を伝送線
路５０１と駆動される回路の端子３０５，３０６
を介してコントロール配線307に流すことにより
回路を駆動できる。
以上の説明でジヨセフソン素子２０１，４０
１，４０２は何ら規定しなかつたが、これらのジ
ヨセフソン素子はジヨセフソン接合でもジヨセフ
ソン干渉計でも良いことは明かである。
１，４０２は何ら規定しなかつたが、これらのジ
ヨセフソン素子はジヨセフソン接合でもジヨセフ
ソン干渉計でも良いことは明かである。
以上説明したごとく本発明によれば安定したス
イツチング動作をする、信号振幅電圧の大きい直
流電源駆動回路を容易にでき、デイジタルシステ
ムの設計、動作マージンを大きくすることができ
る。
イツチング動作をする、信号振幅電圧の大きい直
流電源駆動回路を容易にでき、デイジタルシステ
ムの設計、動作マージンを大きくすることができ
る。
第１ａ図及び第１ｂ図はヒステリシス特性を有
するジヨセフソン素子の電圧−電流特性を示す
図、第２図乃至第５図は従来例を説明するための
図、第６図は本発明で用いるヒステリシス特性を
有しないジヨセフソン素子の電圧−電流特性を示
す図、第７図、第１０図及び第１３図は本発明の
直流電源駆動回路の実施例を示す図、第８図、第
９図、第１１図及び第１２図は本発明の実施例の
動作を説明するための図である。 １０１，３０１，３０２……ヒステリシス特性
を持つジヨセフソン素子、２０１，４０１，４０
２……ヒステリシス特性を持たないジヨセフソン
素子、１０２，３０３，３０４……負荷抵抗、１
０７，３０７……コントロール配線、３０８……
バイアス配線。
するジヨセフソン素子の電圧−電流特性を示す
図、第２図乃至第５図は従来例を説明するための
図、第６図は本発明で用いるヒステリシス特性を
有しないジヨセフソン素子の電圧−電流特性を示
す図、第７図、第１０図及び第１３図は本発明の
直流電源駆動回路の実施例を示す図、第８図、第
９図、第１１図及び第１２図は本発明の実施例の
動作を説明するための図である。 １０１，３０１，３０２……ヒステリシス特性
を持つジヨセフソン素子、２０１，４０１，４０
２……ヒステリシス特性を持たないジヨセフソン
素子、１０２，３０３，３０４……負荷抵抗、１
０７，３０７……コントロール配線、３０８……
バイアス配線。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 電圧−電流特性に実質的にヒステリシス特性
を持たない第１、第２のジヨセフソン素子を夫々
直列に接続し、この第１、第２のジヨセフソン素
子の近傍に第１のコントロール配線を設けるとと
もに第１、第２のジヨセフソン素子のどちらか一
方の近傍に第２のコントロール配線を設けたこと
を特徴とするジヨセフソン論理回路。 ２ 特許請求の範囲第１項において、上記回路
は、直流定電圧源によつて駆動することを特徴と
するジヨセフソン論理回路。 ３ 特許請求の範囲第１項において、上記回路
は、伝送線を介して複数接続することを特徴とす
るジヨセフソン論理回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56105575A JPS589381A (ja) | 1981-07-08 | 1981-07-08 | ジヨセフソン論理回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56105575A JPS589381A (ja) | 1981-07-08 | 1981-07-08 | ジヨセフソン論理回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS589381A JPS589381A (ja) | 1983-01-19 |
| JPH033396B2 true JPH033396B2 (ja) | 1991-01-18 |
Family
ID=14411311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56105575A Granted JPS589381A (ja) | 1981-07-08 | 1981-07-08 | ジヨセフソン論理回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS589381A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62115881A (ja) * | 1985-11-15 | 1987-05-27 | Agency Of Ind Science & Technol | 磁界結合型ジョセフソン集積回路 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS525282A (en) * | 1975-06-30 | 1977-01-14 | Ibm | Josephson junction circuit |
-
1981
- 1981-07-08 JP JP56105575A patent/JPS589381A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS525282A (en) * | 1975-06-30 | 1977-01-14 | Ibm | Josephson junction circuit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS589381A (ja) | 1983-01-19 |
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| JPS6367773B2 (ja) |