JPH0697521A - 直流型超電導量子干渉素子 - Google Patents
直流型超電導量子干渉素子Info
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- JPH0697521A JPH0697521A JP4245116A JP24511692A JPH0697521A JP H0697521 A JPH0697521 A JP H0697521A JP 4245116 A JP4245116 A JP 4245116A JP 24511692 A JP24511692 A JP 24511692A JP H0697521 A JPH0697521 A JP H0697521A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｉc Ｒn 積が大きなジョセフソン接合を用い
た場合においても、良好な動作特性を安定して示す直流
型超電導量子干渉素子を提供する。 【構成】 一方が主に超電導ループを形成する 2つの超
電導配線２、３間に、並列に 2つのジョセフソン素子
６、７を接続した直流型超電導量子干渉素子１である。
2つの超電導配線２、３と 2つのジョセフソン素子６、
７とにより形成されるループの長さが、波長λ(=ｃΦ0
／Ｉc Ｒn ）の1/10を超える場合に、超電導ループを主
に形成する超電導配線２に、並列にダンピング抵抗８を
接続し、ダンピング抵抗８と 2つのジョセフソン素子
６、７と他方の超電導配線５とにより形成されるループ
の長さを、波長λの1/10以下に設定する。あるいは、超
電導配線２に設けられたスリット４の一方の端部４ｂ
を、スリット４の特性インピーダンスと同じ抵抗値のダ
ンピング抵抗で終端する。
た場合においても、良好な動作特性を安定して示す直流
型超電導量子干渉素子を提供する。 【構成】 一方が主に超電導ループを形成する 2つの超
電導配線２、３間に、並列に 2つのジョセフソン素子
６、７を接続した直流型超電導量子干渉素子１である。
2つの超電導配線２、３と 2つのジョセフソン素子６、
７とにより形成されるループの長さが、波長λ(=ｃΦ0
／Ｉc Ｒn ）の1/10を超える場合に、超電導ループを主
に形成する超電導配線２に、並列にダンピング抵抗８を
接続し、ダンピング抵抗８と 2つのジョセフソン素子
６、７と他方の超電導配線５とにより形成されるループ
の長さを、波長λの1/10以下に設定する。あるいは、超
電導配線２に設けられたスリット４の一方の端部４ｂ
を、スリット４の特性インピーダンスと同じ抵抗値のダ
ンピング抵抗で終端する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、直流型の超電導量子干
渉素子に関する。
渉素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）は、
生体磁気計測、物理計測等の分野において注目されてい
る超電導素子であり、近年、特に医療診断用機器として
活発に研究が行われている。超電導量子干渉素子のなか
でも、ジョセフソン素子を 2個含む直流型超電導量子干
渉素子（ＤＣ−ＳＱＵＩＤ）が広く用いられている。
生体磁気計測、物理計測等の分野において注目されてい
る超電導素子であり、近年、特に医療診断用機器として
活発に研究が行われている。超電導量子干渉素子のなか
でも、ジョセフソン素子を 2個含む直流型超電導量子干
渉素子（ＤＣ−ＳＱＵＩＤ）が広く用いられている。
【０００３】このＤＣ−ＳＱＵＩＤにおいては、素子単
体および磁力計システムとしての性能を最適化するため
の研究がなされてきた。その結果、現在、超電導量子干
渉素子のループインダクタンスと入力コイルのカップリ
ングがよい、スパイラル型の入力コイルを有するワッシ
ャー型の素子が主流になっている。また、最近では、ジ
ョセフソン素子のキャパシタンスと超電導ループのイン
ダクタンスによるＬＣ共振を抑えたり、ループインダク
タンスの値が大きくても動作するように、超電導ループ
に並列にダンピング抵抗を接続すること等が行われてい
る。
体および磁力計システムとしての性能を最適化するため
の研究がなされてきた。その結果、現在、超電導量子干
渉素子のループインダクタンスと入力コイルのカップリ
ングがよい、スパイラル型の入力コイルを有するワッシ
ャー型の素子が主流になっている。また、最近では、ジ
ョセフソン素子のキャパシタンスと超電導ループのイン
ダクタンスによるＬＣ共振を抑えたり、ループインダク
タンスの値が大きくても動作するように、超電導ループ
に並列にダンピング抵抗を接続すること等が行われてい
る。
【０００４】ところで、近年の酸化物系の高温超電導体
を用いた接合においては、その臨界電流とノーマル抵抗
との積（Ｉc Ｒn 積）が 1mVを超えるものが出現するよ
うになってきている。このことは、出力値自体に対して
は有利となる反面、上記したような接合を用いて、従来
のＩc Ｒn 積が小さな接合と同様な設計指針で直流型超
電導量子干渉素子を作製すると、磁界に対して応答しな
かったり、また磁界感度があまり大きくならなかった
り、さらには電流−電圧特性上に素子性能を劣化させる
ピークが現れる等して、良好に動作しないという問題を
招いている。
を用いた接合においては、その臨界電流とノーマル抵抗
との積（Ｉc Ｒn 積）が 1mVを超えるものが出現するよ
うになってきている。このことは、出力値自体に対して
は有利となる反面、上記したような接合を用いて、従来
のＩc Ｒn 積が小さな接合と同様な設計指針で直流型超
電導量子干渉素子を作製すると、磁界に対して応答しな
かったり、また磁界感度があまり大きくならなかった
り、さらには電流−電圧特性上に素子性能を劣化させる
ピークが現れる等して、良好に動作しないという問題を
招いている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、Ｉc
Ｒn 積が 1mVを超えるようなジョセフソン接合を用いた
場合には、従来のＩc Ｒn 積が小さな接合と同様な設計
では種々の問題が発生し、良好に動作する直流型超電導
量子干渉素子を得ることが困難となっている。
Ｒn 積が 1mVを超えるようなジョセフソン接合を用いた
場合には、従来のＩc Ｒn 積が小さな接合と同様な設計
では種々の問題が発生し、良好に動作する直流型超電導
量子干渉素子を得ることが困難となっている。
【０００６】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、Ｉc Ｒn 積が大きなジョセフソン接
合を用いた場合においても、良好な動作特性を安定して
示す直流型超電導量子干渉素子を提供することを目的と
している。
になされたもので、Ｉc Ｒn 積が大きなジョセフソン接
合を用いた場合においても、良好な動作特性を安定して
示す直流型超電導量子干渉素子を提供することを目的と
している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の直流型超電導量
子干渉素子は、一方が主に超電導ループを形成する 2つ
の超電導配線と、前記 2つの超電導配線間に並列に接続
された 2つのジョセフソン素子とを具備する直流型超電
導量子干渉素子において、前記 2つの超電導配線と 2つ
のジョセフソン素子とにより形成されるループの長さ
が、前記ジョセフソン素子の臨界電流とノーマル抵抗と
の積（Ｉc Ｒn ）、真空中の光速（ｃ）および磁束量子
（Φ0 ）を用いて表される長さｃΦ0 ／Ｉc Ｒn の1/10
を超える場合に、前記超電導ループを主に形成する超電
導配線に、並列にダンピング抵抗を接続すると共に、前
記ダンピング抵抗と前記 2つのジョセフソン素子と他方
の超電導配線とにより形成されるループの長さを、前記
ｃΦ0 ／Ｉc Ｒn で表される長さの1/10以下に設定す
る、あるいは、前記超電導ループを主に形成する超電導
配線に設けられたスリットの一方の端部を、前記スリッ
トの特性インピーダンスと同じ抵抗値のダンピング抵抗
で終端すると共に、前記スリットの他端部と前記2つの
ジョセフソン素子と他方の超電導配線とにより形成され
るループの長さを、前記ｃΦ0 ／Ｉc Ｒn で表される長
さの1/10以下に設定することを特徴としている。
子干渉素子は、一方が主に超電導ループを形成する 2つ
の超電導配線と、前記 2つの超電導配線間に並列に接続
された 2つのジョセフソン素子とを具備する直流型超電
導量子干渉素子において、前記 2つの超電導配線と 2つ
のジョセフソン素子とにより形成されるループの長さ
が、前記ジョセフソン素子の臨界電流とノーマル抵抗と
の積（Ｉc Ｒn ）、真空中の光速（ｃ）および磁束量子
（Φ0 ）を用いて表される長さｃΦ0 ／Ｉc Ｒn の1/10
を超える場合に、前記超電導ループを主に形成する超電
導配線に、並列にダンピング抵抗を接続すると共に、前
記ダンピング抵抗と前記 2つのジョセフソン素子と他方
の超電導配線とにより形成されるループの長さを、前記
ｃΦ0 ／Ｉc Ｒn で表される長さの1/10以下に設定す
る、あるいは、前記超電導ループを主に形成する超電導
配線に設けられたスリットの一方の端部を、前記スリッ
トの特性インピーダンスと同じ抵抗値のダンピング抵抗
で終端すると共に、前記スリットの他端部と前記2つの
ジョセフソン素子と他方の超電導配線とにより形成され
るループの長さを、前記ｃΦ0 ／Ｉc Ｒn で表される長
さの1/10以下に設定することを特徴としている。
【０００８】
【作用】ジョセフソン素子において、電圧は周波数に対
応する。従って、ジョセフソン素子に電圧Ｖ[V] がかか
っている場合には、Ｖ／Φ0 [Hz]の周波数で発振してい
る（Φ0 は磁束量子）。ところで、直流型超電導量子干
渉素子においては、その超電導ループを流れる直流電流
と交流電流により、 2個のジョセフソン接合が十分相互
作用することによって、磁界による電流−電圧特性の変
調が可能になる。ここで、ジョセフソン素子の臨界電流
とノーマル抵抗との積（Ｉc Ｒn 積）が大きくなると、
超電導量子干渉素子の動作点の電圧Ｖp は高くなるため
（Ｖp 〜Ｉc Ｒn ）、その交流電流の周波数も高くな
る。そして、その周波数における波長λ(=ｃΦ0 ／
Ｖp ：ｃは真空中の光速）は、Ｉc Ｒn 積が 1mV程度で
数百μm以下になり、超電導量子干渉素子の大きさに対
して無視できなくなってくる。従って、各部分で分布定
数回路的なインピーダンスの振る舞いをし、動作電圧す
なわち周波数が高くなると、交流成分による相互作用が
小さくなって、図６に示すように磁界感度が低下する。
なお、図６中の変調深さは磁界感度のおおまかな尺度を
示すものである。この傾向は、 2ＬＩc ／Φ0 ＞1(Ｌは
超電導ループのインダクタンス）のときに顕著になる。
応する。従って、ジョセフソン素子に電圧Ｖ[V] がかか
っている場合には、Ｖ／Φ0 [Hz]の周波数で発振してい
る（Φ0 は磁束量子）。ところで、直流型超電導量子干
渉素子においては、その超電導ループを流れる直流電流
と交流電流により、 2個のジョセフソン接合が十分相互
作用することによって、磁界による電流−電圧特性の変
調が可能になる。ここで、ジョセフソン素子の臨界電流
とノーマル抵抗との積（Ｉc Ｒn 積）が大きくなると、
超電導量子干渉素子の動作点の電圧Ｖp は高くなるため
（Ｖp 〜Ｉc Ｒn ）、その交流電流の周波数も高くな
る。そして、その周波数における波長λ(=ｃΦ0 ／
Ｖp ：ｃは真空中の光速）は、Ｉc Ｒn 積が 1mV程度で
数百μm以下になり、超電導量子干渉素子の大きさに対
して無視できなくなってくる。従って、各部分で分布定
数回路的なインピーダンスの振る舞いをし、動作電圧す
なわち周波数が高くなると、交流成分による相互作用が
小さくなって、図６に示すように磁界感度が低下する。
なお、図６中の変調深さは磁界感度のおおまかな尺度を
示すものである。この傾向は、 2ＬＩc ／Φ0 ＞1(Ｌは
超電導ループのインダクタンス）のときに顕著になる。
【０００９】これを解決するためには、超電導量子干渉
素子の全体的な大きさを小さくすればよい。しかし、素
子全体を小さくすると、超電導ループのインダクタンス
が小さくなり、実用上必要である、超電導量子干渉素子
に磁気的に結合される磁束トランスとマッチングをとる
ことが困難になる。よって、素子の大きさのみによる解
決は難しい。ここで、直流電流成分に関しては、波長は
無限大であるから、超電導ループの集中定数的なインダ
クタンスの値に従って流れる。従って、交流電流成分に
関してのみ、超電導量子干渉素子の回路が集中定数回路
的になるようにすればよい。
素子の全体的な大きさを小さくすればよい。しかし、素
子全体を小さくすると、超電導ループのインダクタンス
が小さくなり、実用上必要である、超電導量子干渉素子
に磁気的に結合される磁束トランスとマッチングをとる
ことが困難になる。よって、素子の大きさのみによる解
決は難しい。ここで、直流電流成分に関しては、波長は
無限大であるから、超電導ループの集中定数的なインダ
クタンスの値に従って流れる。従って、交流電流成分に
関してのみ、超電導量子干渉素子の回路が集中定数回路
的になるようにすればよい。
【００１０】そこで、本発明の直流型超電導量子干渉素
子においては、以下に示すような構成を採用している。
子においては、以下に示すような構成を採用している。
【００１１】(a) 超電導ループを主に形成する超電導
配線に、この超電導配線と並列にダンピング抵抗を接続
し、一方の超電導配線をシャントすると共に、ダンピン
グ抵抗と 2つのジョセフソン素子と他方の超電導配線と
により形成されるループの長さ（ｌ1 ）を、上記した交
流電流の高周波成分による波長λ(=ｃΦ0 ／Ｉc Ｒn ）
の1/10以下に設定する。
配線に、この超電導配線と並列にダンピング抵抗を接続
し、一方の超電導配線をシャントすると共に、ダンピン
グ抵抗と 2つのジョセフソン素子と他方の超電導配線と
により形成されるループの長さ（ｌ1 ）を、上記した交
流電流の高周波成分による波長λ(=ｃΦ0 ／Ｉc Ｒn ）
の1/10以下に設定する。
【００１２】(b) 超電導ループを主に形成する超電導
配線に設けられたスリットの一方の端部を、スリット部
分を伝送線路とみなした場合の特性インピーダンスと同
じ抵抗値のダンピング抵抗で終端すると共に、スリット
の他端部と 2つのジョセフソン素子と他方の超電導配線
とにより形成されるループの長さ（ｌ2 ）を、上記 (a)
と同様に、波長λ(=ｃΦ0 ／Ｉc Ｒn ）の1/10以下に設
定する。
配線に設けられたスリットの一方の端部を、スリット部
分を伝送線路とみなした場合の特性インピーダンスと同
じ抵抗値のダンピング抵抗で終端すると共に、スリット
の他端部と 2つのジョセフソン素子と他方の超電導配線
とにより形成されるループの長さ（ｌ2 ）を、上記 (a)
と同様に、波長λ(=ｃΦ0 ／Ｉc Ｒn ）の1/10以下に設
定する。
【００１３】上記 (a)においては、交流電流の高周波成
分は抵抗を通るため、ダンピング抵抗を設けることによ
って、結果的に素子の大きさを小さくしたのと同じ効果
が得られる。そして、ダンピング抵抗を含むループの大
きさ（ｌ1 ）を波長λの1/10以下とすれば、交流成分に
関して超電導量子干渉素子を等価的に集中定数回路とす
ることができる。また、上記 (b)においては、スリット
部分を伝送線路とみなし、その特性インピーダンスと同
じ抵抗値のダンピング抵抗を接続しているため、スリッ
トの他端部（ジョセフソン素子の接続側端部）から見た
インピーダンスは、ダンピング抵抗による抵抗値と同一
となり、上記 (a)と同様に超電導ループの配線をシャン
トしたことになる。よって、それらによって形成される
ループの大きさ（ｌ2 ）を波長λの1/10以下とすれば、
上記 (a)と同様に、交流成分に関して超電導量子干渉素
子を等価的に集中定数回路とすることができる。
分は抵抗を通るため、ダンピング抵抗を設けることによ
って、結果的に素子の大きさを小さくしたのと同じ効果
が得られる。そして、ダンピング抵抗を含むループの大
きさ（ｌ1 ）を波長λの1/10以下とすれば、交流成分に
関して超電導量子干渉素子を等価的に集中定数回路とす
ることができる。また、上記 (b)においては、スリット
部分を伝送線路とみなし、その特性インピーダンスと同
じ抵抗値のダンピング抵抗を接続しているため、スリッ
トの他端部（ジョセフソン素子の接続側端部）から見た
インピーダンスは、ダンピング抵抗による抵抗値と同一
となり、上記 (a)と同様に超電導ループの配線をシャン
トしたことになる。よって、それらによって形成される
ループの大きさ（ｌ2 ）を波長λの1/10以下とすれば、
上記 (a)と同様に、交流成分に関して超電導量子干渉素
子を等価的に集中定数回路とすることができる。
【００１４】これらによって、Ｉc Ｒn 積の大きなジョ
セフソン素子を用いた超高感度磁気センサとしての直流
型超電導量子干渉素子が実現できる。このようなことか
ら、本発明の直流型超電導量子干渉素子は、交流電流に
よる高周波成分のパス長、具体的には超電導ループの最
短パス長が波長λの1/10を超えるような大きさを有する
超電導量子干渉素子に対して有効である。なお、誘電体
や磁性体が素子のすぐ近くにある場合には、等価的に波
長λが短くなるため、ダンピング抵抗もしくはスリット
の他端部を含むループはより小さくする必要がある。
セフソン素子を用いた超高感度磁気センサとしての直流
型超電導量子干渉素子が実現できる。このようなことか
ら、本発明の直流型超電導量子干渉素子は、交流電流に
よる高周波成分のパス長、具体的には超電導ループの最
短パス長が波長λの1/10を超えるような大きさを有する
超電導量子干渉素子に対して有効である。なお、誘電体
や磁性体が素子のすぐ近くにある場合には、等価的に波
長λが短くなるため、ダンピング抵抗もしくはスリット
の他端部を含むループはより小さくする必要がある。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１６】図１は、本発明の一実施例による直流型超
電導量子干渉素子の構成を模式的に示す平面図である。
同図に示す直流型超電導量子干渉素子１において、第１
の超電導配線２は、ワッシャー型の超電導ループを主に
形成している。この第１の超電導配線２は、中央部に開
口３を設けると共に、この開口３から外縁部に達するス
リット４を形成することによって、ループ形状をなして
いる。スリット４の外縁部側端部４ａの近傍には、第２
の超電導配線５が設けられている。
電導量子干渉素子の構成を模式的に示す平面図である。
同図に示す直流型超電導量子干渉素子１において、第１
の超電導配線２は、ワッシャー型の超電導ループを主に
形成している。この第１の超電導配線２は、中央部に開
口３を設けると共に、この開口３から外縁部に達するス
リット４を形成することによって、ループ形状をなして
いる。スリット４の外縁部側端部４ａの近傍には、第２
の超電導配線５が設けられている。
【００１７】上記第１の超電導配線２と第２の超電導配
線５との間には、超電導ループが形成されるように、並
列に 2つのジョセフソン素子６、７が接続されている。
ここでは、ジョセフソン素子６、７として、Tl系の酸化
物超電導体においてステップ部分にできる粒界接合を用
いている。この接合のＩc Ｒn 積は 8mVであり、 8mVは
波長λ(=ｃΦ0 ／Ｉc Ｒn ）の75μm に相当する。一
方、素子の大きさは 500μm であり、素子の大きさが波
長に対して非常に大きい構造となっている。なお、ここ
で言う素子の大きさとは、 2つのジョセフソン素子６、
７を通る超電導ループの最短パスの長さを指している。
線５との間には、超電導ループが形成されるように、並
列に 2つのジョセフソン素子６、７が接続されている。
ここでは、ジョセフソン素子６、７として、Tl系の酸化
物超電導体においてステップ部分にできる粒界接合を用
いている。この接合のＩc Ｒn 積は 8mVであり、 8mVは
波長λ(=ｃΦ0 ／Ｉc Ｒn ）の75μm に相当する。一
方、素子の大きさは 500μm であり、素子の大きさが波
長に対して非常に大きい構造となっている。なお、ここ
で言う素子の大きさとは、 2つのジョセフソン素子６、
７を通る超電導ループの最短パスの長さを指している。
【００１８】そこで、 2つのジョセフソン素子６、７か
らそれぞれ 1μm の位置に接続されるように、スリット
４の外縁部側端部４ａをシャントする、長さ 1μm のダ
ンピング抵抗８が設けられている。このダンピング抵抗
８は、例えばAu抵抗膜からなるものである。なお、第２
の超電導配線５側の長さは、波長λに対して十分に短い
ために、シャントする必要がない。また、ジョセフソン
素子６、７間の距離は2μm とした。よって、ダンピン
グ抵抗８と 2つのジョセフソン素子６、７と第２の超電
導配線５とを含むループの最短パス長さは、約 5μm と
されている。
らそれぞれ 1μm の位置に接続されるように、スリット
４の外縁部側端部４ａをシャントする、長さ 1μm のダ
ンピング抵抗８が設けられている。このダンピング抵抗
８は、例えばAu抵抗膜からなるものである。なお、第２
の超電導配線５側の長さは、波長λに対して十分に短い
ために、シャントする必要がない。また、ジョセフソン
素子６、７間の距離は2μm とした。よって、ダンピン
グ抵抗８と 2つのジョセフソン素子６、７と第２の超電
導配線５とを含むループの最短パス長さは、約 5μm と
されている。
【００１９】このように、ジョセフソン素子６、７の近
傍に、超電導ループを主に形成する第１の超電導配線２
をシャントするダンピング抵抗８を設け、かつそれらに
よるループの大きさを波長λの1/10以下とすることによ
って、接合のＩc Ｒn 積が 8mVと大きいにもかかわら
ず、交流回路を等価的に集中定数回路とすることがで
き、磁界感度の向上を図ることができる。
傍に、超電導ループを主に形成する第１の超電導配線２
をシャントするダンピング抵抗８を設け、かつそれらに
よるループの大きさを波長λの1/10以下とすることによ
って、接合のＩc Ｒn 積が 8mVと大きいにもかかわら
ず、交流回路を等価的に集中定数回路とすることがで
き、磁界感度の向上を図ることができる。
【００２０】なお、 2つのジョセフソン素子６、７間の
距離、ダンピング抵抗８の長さ、およびダンピング抵抗
８と第１の超電導配線２との各接続点と、当該接続点に
近い方のジョセフソン素子（６、７）との距離は、いず
れも波長λの1/20以下とすることが好ましい。
距離、ダンピング抵抗８の長さ、およびダンピング抵抗
８と第１の超電導配線２との各接続点と、当該接続点に
近い方のジョセフソン素子（６、７）との距離は、いず
れも波長λの1/20以下とすることが好ましい。
【００２１】上記した直流型超電導量子干渉素子１にお
いて、スリット４の残りの部分は、Au抵抗膜９で覆われ
ている。このAu抵抗膜９は、スリット４の部分で電磁波
の共振が起こるのを防ぐために設けたものであり、開口
５の部分まで覆うように形成してもよい。
いて、スリット４の残りの部分は、Au抵抗膜９で覆われ
ている。このAu抵抗膜９は、スリット４の部分で電磁波
の共振が起こるのを防ぐために設けたものであり、開口
５の部分まで覆うように形成してもよい。
【００２２】また、超電導ループに信号を結合させるた
めの入力コイルは、図２に示すように、超電導量子干渉
素子１とは異なる基板上に作製し、図３に示すように、
超電導量子干渉素子１が形成されている基板と張り合せ
て使用する。ここで、図２および図３に示したように、
超電導配線で形成されているスパイラル状の入力コイル
１１上には、Au膜１２が抵抗として形成されている。ま
た、このAu抵抗膜１２上から表面全体に、絶縁層として
SiO層１３が蒸着されている。
めの入力コイルは、図２に示すように、超電導量子干渉
素子１とは異なる基板上に作製し、図３に示すように、
超電導量子干渉素子１が形成されている基板と張り合せ
て使用する。ここで、図２および図３に示したように、
超電導配線で形成されているスパイラル状の入力コイル
１１上には、Au膜１２が抵抗として形成されている。ま
た、このAu抵抗膜１２上から表面全体に、絶縁層として
SiO層１３が蒸着されている。
【００２３】上記したAu抵抗膜１２は、共振によりＩ−
Ｖ特性上にピークが出現することを防ぐために設けたも
のである。Ｉ−Ｖ特性上のピークは、超電導量子干渉素
子の磁束−電圧変換特性を歪ませ、素子性能を大幅に劣
化させるため、除去する必要がある。超電導量子干渉素
子を磁力計として使用する際には、超電導ループに信号
を結合させるため、図３に示したように、超電導ループ
の直上に入力コイルが配置される。よって、入力コイル
と超電導量子干渉素子の交流成分が結合して、コイルと
超電導ループと間の空間で電磁波的共振を起こす。ま
た、図示を省略したが、フィードバック信号を結合させ
るためのフィードバック用コイルも、同様な問題を生じ
させる。これにより、超電導量子干渉素子の内部のイン
ピーダンスが変化し、Ｉ−Ｖ特性上にピークが生じる。
これを除去するには、電磁波的共振のＱ値を下げればよ
い。
Ｖ特性上にピークが出現することを防ぐために設けたも
のである。Ｉ−Ｖ特性上のピークは、超電導量子干渉素
子の磁束−電圧変換特性を歪ませ、素子性能を大幅に劣
化させるため、除去する必要がある。超電導量子干渉素
子を磁力計として使用する際には、超電導ループに信号
を結合させるため、図３に示したように、超電導ループ
の直上に入力コイルが配置される。よって、入力コイル
と超電導量子干渉素子の交流成分が結合して、コイルと
超電導ループと間の空間で電磁波的共振を起こす。ま
た、図示を省略したが、フィードバック信号を結合させ
るためのフィードバック用コイルも、同様な問題を生じ
させる。これにより、超電導量子干渉素子の内部のイン
ピーダンスが変化し、Ｉ−Ｖ特性上にピークが生じる。
これを除去するには、電磁波的共振のＱ値を下げればよ
い。
【００２４】この実施例においては、上記したＱ値を下
げるために、入力コイルやフィードバック用コイルの共
振する部分の超電導配線に、損失を大きくするための抵
抗を接触させたり、電磁波の共振が起こる空間に抵抗体
を挿入している。これらによって、Ｉ−Ｖ特性上のピー
クを除去することができる。すなわち、電磁波共振によ
るＩ−Ｖ特性上のピークを防止するために、入力コイル
やフィードバック用コイルを構成する超電導配線の少な
くとも一部に抵抗体を接触させたり、超電導ループとの
間に抵抗体を介在させることが有効である。なお、共振
周波数の低いものに関しては、入力コイルに並列に、抵
抗やキャパシタ等を接続することで、除去できることが
知られている。
げるために、入力コイルやフィードバック用コイルの共
振する部分の超電導配線に、損失を大きくするための抵
抗を接触させたり、電磁波の共振が起こる空間に抵抗体
を挿入している。これらによって、Ｉ−Ｖ特性上のピー
クを除去することができる。すなわち、電磁波共振によ
るＩ−Ｖ特性上のピークを防止するために、入力コイル
やフィードバック用コイルを構成する超電導配線の少な
くとも一部に抵抗体を接触させたり、超電導ループとの
間に抵抗体を介在させることが有効である。なお、共振
周波数の低いものに関しては、入力コイルに並列に、抵
抗やキャパシタ等を接続することで、除去できることが
知られている。
【００２５】また、上述した第１の超電導配線２のスリ
ット４上のAu抵抗膜９も、同様な理由から設けたもので
ある。
ット４上のAu抵抗膜９も、同様な理由から設けたもので
ある。
【００２６】上述したような構成を有する直流型超電導
量子干渉素子１と入力コイル１１とを組合せた装置の電
圧−磁束特性を測定した。その結果を図４に示す。図４
から分かるように、共振によるピーク等の影響のない、
きれいな正弦波的な特性が得られており、また感度に関
係する変調深さも 4mVと非常に大きいものであった。次
に、本発明の他の実施例について図５を参照して説明す
る。図５に示す直流型超電導量子干渉素子２１は、図１
に示した超電導量子干渉素子１とほぼ同様な構成を有し
ているが、ダンピング抵抗に関する部分が異なってい
る。なお、素子の大きさや接合のＩc Ｒn 積等は、前述
した実施例と同一構成とされている。
量子干渉素子１と入力コイル１１とを組合せた装置の電
圧−磁束特性を測定した。その結果を図４に示す。図４
から分かるように、共振によるピーク等の影響のない、
きれいな正弦波的な特性が得られており、また感度に関
係する変調深さも 4mVと非常に大きいものであった。次
に、本発明の他の実施例について図５を参照して説明す
る。図５に示す直流型超電導量子干渉素子２１は、図１
に示した超電導量子干渉素子１とほぼ同様な構成を有し
ているが、ダンピング抵抗に関する部分が異なってい
る。なお、素子の大きさや接合のＩc Ｒn 積等は、前述
した実施例と同一構成とされている。
【００２７】すなわち、第１の超電導配線２に設けられ
たスリット４の部分を伝送線路とみなした場合の特性イ
ンピーダンスと同じ抵抗値を有する、長さ 1μm のAu抵
抗膜からなるダンピング抵抗２２によって、スリット４
の開口３側の端部４ｂが終端されている。また、スリッ
ト４の他端部４ａの両側に位置する第１の超電導配線２
と第２の超電導配線５との間には、前述した実施例と同
様に、それぞれ 1μmの位置に 2つのジョセフソン素子
６、７が接続されており、またこれら 2つのジョセフソ
ン素子６、７間の距離は 2μm とされている。よって、
スリット４の外縁部側端部４ａと 2つのジョセフソン素
子６、７と第２の超電導配線５とを含むループの最短パ
ス長さは約 5μm とされている。
たスリット４の部分を伝送線路とみなした場合の特性イ
ンピーダンスと同じ抵抗値を有する、長さ 1μm のAu抵
抗膜からなるダンピング抵抗２２によって、スリット４
の開口３側の端部４ｂが終端されている。また、スリッ
ト４の他端部４ａの両側に位置する第１の超電導配線２
と第２の超電導配線５との間には、前述した実施例と同
様に、それぞれ 1μmの位置に 2つのジョセフソン素子
６、７が接続されており、またこれら 2つのジョセフソ
ン素子６、７間の距離は 2μm とされている。よって、
スリット４の外縁部側端部４ａと 2つのジョセフソン素
子６、７と第２の超電導配線５とを含むループの最短パ
ス長さは約 5μm とされている。
【００２８】このように、スリット４の開口側端部４ｂ
を、スリット４を伝送線路とみなした場合の特性インピ
ーダンスと同じ抵抗値のダンピング抵抗で終端すること
によって、前述した実施例（スリット４の外縁部側端部
４ａにダンピング抵抗８を接続）と同様に、第１の超電
導配線２をシャントしたことになる。よって、接合のＩ
c Ｒn 積が大きいにもかかわらず、交流回路を等価的に
集中定数回路とすることができ、磁界感度の向上を図る
ことができる。
を、スリット４を伝送線路とみなした場合の特性インピ
ーダンスと同じ抵抗値のダンピング抵抗で終端すること
によって、前述した実施例（スリット４の外縁部側端部
４ａにダンピング抵抗８を接続）と同様に、第１の超電
導配線２をシャントしたことになる。よって、接合のＩ
c Ｒn 積が大きいにもかかわらず、交流回路を等価的に
集中定数回路とすることができ、磁界感度の向上を図る
ことができる。
【００２９】上記実施例の直流型超電導量子干渉素子２
１と、図２に示した入力コイル１１とを組合せた装置を
用いて、前述した実施例と同様に、電圧−磁束特性を測
定したところ、同様に共振によるピーク等の影響のな
い、きれいな正弦波的な特性が得られ、また感度に関係
する変調深さも非常に大きいものであった。
１と、図２に示した入力コイル１１とを組合せた装置を
用いて、前述した実施例と同様に、電圧−磁束特性を測
定したところ、同様に共振によるピーク等の影響のな
い、きれいな正弦波的な特性が得られ、また感度に関係
する変調深さも非常に大きいものであった。
【００３０】なお、上記した各実施例においては、ジョ
セフソン素子としてTl系酸化物超電導体の粒界接合を使
用したが、ジョセフソン素子であれば種々のものを用い
ることができ、また超電導体に関しても各種の酸化物超
電導体、さらには他の超電導体を用いることができる。
セフソン素子としてTl系酸化物超電導体の粒界接合を使
用したが、ジョセフソン素子であれば種々のものを用い
ることができ、また超電導体に関しても各種の酸化物超
電導体、さらには他の超電導体を用いることができる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｉ
c Ｒn 積の大きなジョセフソン素子を用いた場合におい
ても、超高感度の直流型超電導量子干渉素子が実現でき
る。よって、脳磁波計測等に代表される医療応用や、物
理計測等の分野において、これまでの素子を上回る性能
で磁気計測が可能になる。
c Ｒn 積の大きなジョセフソン素子を用いた場合におい
ても、超高感度の直流型超電導量子干渉素子が実現でき
る。よって、脳磁波計測等に代表される医療応用や、物
理計測等の分野において、これまでの素子を上回る性能
で磁気計測が可能になる。
【図１】本発明の一実施例による直流型超電導量子干渉
素子の構成を模式的に示す平面図である。
素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図２】本発明の実施例の直流型超電導量子干渉素子と
組合せて用いる入力コイルの一構成例を示す平面図であ
る。
組合せて用いる入力コイルの一構成例を示す平面図であ
る。
【図３】図１に示す直流型超電導量子干渉素子と図２に
示す入力コイルとを組合せた状態を示す断面図である。
示す入力コイルとを組合せた状態を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施例による直流型超電導量子干渉
素子の電圧−磁束特性を示す図である。
素子の電圧−磁束特性を示す図である。
【図５】本発明の他の実施例による直流型超電導量子干
渉素子の構成を模式的に示す平面図である。
渉素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図６】超電導量子干渉素子の大きさと変調深さとの関
係を示す図である。
係を示す図である。
１、１１……直流型超電導量子干渉素子 ２……超電導ループを形成する第１の超電導配線 ４……スリット ５……第２の超電導配線 ６、７……ジョセフソン素子 ８、２２……ダンピング抵抗
Claims (1)
- 【請求項１】 一方が主に超電導ループを形成する 2つ
の超電導配線と、前記 2つの超電導配線間に並列に接続
された 2つのジョセフソン素子とを具備する直流型超電
導量子干渉素子において、 前記 2つの超電導配線と 2つのジョセフソン素子とによ
り形成されるループの長さが、前記ジョセフソン素子の
臨界電流とノーマル抵抗との積（Ｉc Ｒn ）、真空中の
光速（ｃ）および磁束量子（Φ0 ）を用いて表される長
さｃΦ0 ／ＩcＲn の1/10を超える場合に、 前記超電導ループを主に形成する超電導配線に、並列に
ダンピング抵抗を接続すると共に、前記ダンピング抵抗
と前記 2つのジョセフソン素子と他方の超電導配線とに
より形成されるループの長さを、前記ｃΦ0 ／Ｉc Ｒn
で表される長さの1/10以下に設定する、 あるいは、前記超電導ループを主に形成する超電導配線
に設けられたスリットの一方の端部を、前記スリットの
特性インピーダンスと同じ抵抗値のダンピング抵抗で終
端すると共に、前記スリットの他端部と前記 2つのジョ
セフソン素子と他方の超電導配線とにより形成されるル
ープの長さを、前記ｃΦ0 ／Ｉc Ｒn で表される長さの
1/10以下に設定することを特徴とする直流型超電導量子
干渉素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24511692A JP3246774B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 直流型超電導量子干渉素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24511692A JP3246774B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 直流型超電導量子干渉素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697521A true JPH0697521A (ja) | 1994-04-08 |
| JP3246774B2 JP3246774B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=17128863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24511692A Expired - Fee Related JP3246774B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 直流型超電導量子干渉素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3246774B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002094132A (ja) * | 2000-09-13 | 2002-03-29 | Seiko Instruments Inc | 超伝導量子干渉素子 |
| JP2012530895A (ja) * | 2009-06-20 | 2012-12-06 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 時間変動する磁場又は磁場勾配を測定するための測定機器、電気抵抗素子及び測定システム |
| CN105422842A (zh) * | 2015-12-09 | 2016-03-23 | 西安法士特汽车传动有限公司 | 一种可调节选挡手感的直接操纵装置 |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP24511692A patent/JP3246774B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002094132A (ja) * | 2000-09-13 | 2002-03-29 | Seiko Instruments Inc | 超伝導量子干渉素子 |
| JP2012530895A (ja) * | 2009-06-20 | 2012-12-06 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 時間変動する磁場又は磁場勾配を測定するための測定機器、電気抵抗素子及び測定システム |
| US9476950B2 (en) | 2009-06-20 | 2016-10-25 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Measuring instrument, electrical resistance elements and measuring system for measuring time-variable magnetic fields or field gradients |
| CN105422842A (zh) * | 2015-12-09 | 2016-03-23 | 西安法士特汽车传动有限公司 | 一种可调节选挡手感的直接操纵装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3246774B2 (ja) | 2002-01-15 |
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