JPH08316536A - 超電導装置 - Google Patents
超電導装置Info
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- JPH08316536A JPH08316536A JP7114273A JP11427395A JPH08316536A JP H08316536 A JPH08316536 A JP H08316536A JP 7114273 A JP7114273 A JP 7114273A JP 11427395 A JP11427395 A JP 11427395A JP H08316536 A JPH08316536 A JP H08316536A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】超電導体１０３と１０４の間に超電導体の位相
差を検出するための位相差検出電極１０２が形成されて
おり、電極１０２と超電導線路２０１の他端とが容量２
０２を介して結合している。超電導線路に信号Ｉ（ｘ，
ｔ）を印加すると、時間に伴って位相は超電導線路２０
１を伝播する。弱結合の間に配置された位相検出電極１
０２で検出される電流は、超電導体１０３と１０４それ
ぞれの位相θ１，θ２の差に依存して変化し、超電導体
１０４と常伝導体１０５の境界に伝播した位相を検出す
る。電極１０２に直流バイアス電流を印加すると、容量
２０２により位相差信号成分のみを再帰的に超電導線路
に循環させ、一定長の情報を蓄積するメモリを実現す
る。 【効果】超電導の位相情報を用いて磁束計，メモリ機能
を有する高速，高集積度，低消費電力，高感度の超電導
装置を提供することができる。
差を検出するための位相差検出電極１０２が形成されて
おり、電極１０２と超電導線路２０１の他端とが容量２
０２を介して結合している。超電導線路に信号Ｉ（ｘ，
ｔ）を印加すると、時間に伴って位相は超電導線路２０
１を伝播する。弱結合の間に配置された位相検出電極１
０２で検出される電流は、超電導体１０３と１０４それ
ぞれの位相θ１，θ２の差に依存して変化し、超電導体
１０４と常伝導体１０５の境界に伝播した位相を検出す
る。電極１０２に直流バイアス電流を印加すると、容量
２０２により位相差信号成分のみを再帰的に超電導線路
に循環させ、一定長の情報を蓄積するメモリを実現す
る。 【効果】超電導の位相情報を用いて磁束計，メモリ機能
を有する高速，高集積度，低消費電力，高感度の超電導
装置を提供することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超電導体の位相情報を信
号に用いた高速，高集積度，低消費電力の磁束計，メモ
リ機能を有する超電導装置に関する。
号に用いた高速，高集積度，低消費電力の磁束計，メモ
リ機能を有する超電導装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の磁束計は、高感度の超電導量子干
渉装置（ＳＱＵＩＤ）が用いられている。これに関して
は、電気学会クライオエレクトロニクス常置委員会編
「ジョセフソン効果基礎と応用」（電気学会，コロナ
社）に詳細が記述されている。
渉装置（ＳＱＵＩＤ）が用いられている。これに関して
は、電気学会クライオエレクトロニクス常置委員会編
「ジョセフソン効果基礎と応用」（電気学会，コロナ
社）に詳細が記述されている。
【０００３】また、超電導体を用いたメモリに関して
は、菅野卓雄監修，早川尚夫編「高速ジョセフソンデバ
イス」（培風館）に詳細が記述されている。従来の代表
的な超電導メモリは、ジョセフソン接合素子とインダク
タンスで形成されるメモリループに１ビットの情報を蓄
積していた。
は、菅野卓雄監修，早川尚夫編「高速ジョセフソンデバ
イス」（培風館）に詳細が記述されている。従来の代表
的な超電導メモリは、ジョセフソン接合素子とインダク
タンスで形成されるメモリループに１ビットの情報を蓄
積していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】超電導量子干渉装置の
磁束計あるいはメモリの集積度は、磁束を結合するため
の超電導ループあるいるはメモリループの物理的な寸法
で制限されており、高集積化を図ることが困難であっ
た。
磁束計あるいはメモリの集積度は、磁束を結合するため
の超電導ループあるいるはメモリループの物理的な寸法
で制限されており、高集積化を図ることが困難であっ
た。
【０００５】またメモリループアレイ上に配線したワー
ド線，ビット線の有するインダクタンスにより、アクセ
ス速度も数百ピコ秒程度に制限されていた。
ド線，ビット線の有するインダクタンスにより、アクセ
ス速度も数百ピコ秒程度に制限されていた。
【０００６】本発明の第一の目的は、磁束検出の空間的
な分解能が高い超電導装置を提供することにある。本発
明の第二の目的は、磁束検出の信号分解能が高い超電導
装置を提供することにある。本発明の第三の目的は、高
い周波数で変動する磁束を高速で検出することができる
超電導装置を提供することにある。本発明の第四の目的
は、１ビットごとにメモリループを必要としない、高集
積度のメモリ機能を有する超電導装置を提供することに
ある。本発明の第五の目的は、高速のメモリ機能を有す
る超電導装置を提供することにある。本発明の第六の目
的は、低消費電力のメモリ機能を有する超電導装置を提
供することにある。
な分解能が高い超電導装置を提供することにある。本発
明の第二の目的は、磁束検出の信号分解能が高い超電導
装置を提供することにある。本発明の第三の目的は、高
い周波数で変動する磁束を高速で検出することができる
超電導装置を提供することにある。本発明の第四の目的
は、１ビットごとにメモリループを必要としない、高集
積度のメモリ機能を有する超電導装置を提供することに
ある。本発明の第五の目的は、高速のメモリ機能を有す
る超電導装置を提供することにある。本発明の第六の目
的は、低消費電力のメモリ機能を有する超電導装置を提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は超電導体の位
相情報を信号に用いることにより達成される。特に第
一，第二，第三の目的は、常伝導体あるいは半導体を介
して二つの超電導体からなる第一と第二の電極を対向し
て設けた超電導弱結合と、前記二つの超電導体の位相差
を検出するための超電導体または常伝導体からなる第三
の電極を第一と第二の超電導電極間に少なくとも一つ含
み、前記超電導弱結合と第三の電極を含んで超電導体よ
りなる線路で閉ループを構成し、前記ループに結合する
磁束を前記第三の電極の電流電圧特性の変化により検出
する超電導装置を構成することにより達成される。
相情報を信号に用いることにより達成される。特に第
一，第二，第三の目的は、常伝導体あるいは半導体を介
して二つの超電導体からなる第一と第二の電極を対向し
て設けた超電導弱結合と、前記二つの超電導体の位相差
を検出するための超電導体または常伝導体からなる第三
の電極を第一と第二の超電導電極間に少なくとも一つ含
み、前記超電導弱結合と第三の電極を含んで超電導体よ
りなる線路で閉ループを構成し、前記ループに結合する
磁束を前記第三の電極の電流電圧特性の変化により検出
する超電導装置を構成することにより達成される。
【０００８】また第四，第五，第六の目的は、超電導線
路の一端と超電導グランドプレーンの間に常伝導体ある
いは半導体を介して二つの超電導体からなる第一と第二
の電極を対向して設けた超電導弱結合が形成されてお
り、前記二つの超電導体の位相差を検出するための超電
導体または常伝導体からなる第三の電極を第一と第二の
超電導電極間に少なくとも一つ含み、前記第三の電極と
超電導線路の他端とが容量結合しており、前記第三の電
極で検出した前記二つの超電導体の位相差が前記超電導
線路の他端に帰還されることを特徴とするメモリとして
の機能を有する超電導装置を構成することにより達成さ
れる。
路の一端と超電導グランドプレーンの間に常伝導体ある
いは半導体を介して二つの超電導体からなる第一と第二
の電極を対向して設けた超電導弱結合が形成されてお
り、前記二つの超電導体の位相差を検出するための超電
導体または常伝導体からなる第三の電極を第一と第二の
超電導電極間に少なくとも一つ含み、前記第三の電極と
超電導線路の他端とが容量結合しており、前記第三の電
極で検出した前記二つの超電導体の位相差が前記超電導
線路の他端に帰還されることを特徴とするメモリとして
の機能を有する超電導装置を構成することにより達成さ
れる。
【０００９】
【作用】常伝導体（あるいは半導体）と超電導体が接す
る系において、常伝導体に注入された電子あるいは正孔
は、常伝導体と超電導体の界面において、特異な反射を
生じる。この反射はアンドレエフ(Andreev）反射とし
て、１９６４年にソビエトフィジックス ジェーイーテ
イーピー(Sov.Phys.JETP）１９巻，１２２８ページに記
載されている。具体的には、注入した電子のエネルギが
Ｅ，運動量がｋの場合、エネルギがＥ，運動量が−ｋの
正孔が反射される。従って、電流電圧特性はオームの法
則に従わず、過剰電流が観測されて抵抗が減少する。常
伝導体が複数の超電導体と接している場合、超電導体間
の位相差によって過剰電流の大きさは変化する。例え
ば、常伝導体（または半導体）を介して二つの超電導体
を接続し、超電導体間に過剰電流を検出するための第三
の電極を設けると、それぞれの超電導体の位相θ１，θ
２の位相差（θ１−θ２）に依存して第三の電極で検出
される過剰電流の大きさは周期的に変化する。
る系において、常伝導体に注入された電子あるいは正孔
は、常伝導体と超電導体の界面において、特異な反射を
生じる。この反射はアンドレエフ(Andreev）反射とし
て、１９６４年にソビエトフィジックス ジェーイーテ
イーピー(Sov.Phys.JETP）１９巻，１２２８ページに記
載されている。具体的には、注入した電子のエネルギが
Ｅ，運動量がｋの場合、エネルギがＥ，運動量が−ｋの
正孔が反射される。従って、電流電圧特性はオームの法
則に従わず、過剰電流が観測されて抵抗が減少する。常
伝導体が複数の超電導体と接している場合、超電導体間
の位相差によって過剰電流の大きさは変化する。例え
ば、常伝導体（または半導体）を介して二つの超電導体
を接続し、超電導体間に過剰電流を検出するための第三
の電極を設けると、それぞれの超電導体の位相θ１，θ
２の位相差（θ１−θ２）に依存して第三の電極で検出
される過剰電流の大きさは周期的に変化する。
【００１０】超電導弱結合と位相差を検出するための第
三の電極を含んで超電導線路の閉ループを構成すると、
磁束計の機能を有する超電導装置を実現することができ
る。ループに結合する磁束の大きさΦにより、超電導弱
結合を構成する二つの超電導体、すなわち超電導線路の
両端の間の位相差は次式のように変化する。
三の電極を含んで超電導線路の閉ループを構成すると、
磁束計の機能を有する超電導装置を実現することができ
る。ループに結合する磁束の大きさΦにより、超電導弱
結合を構成する二つの超電導体、すなわち超電導線路の
両端の間の位相差は次式のように変化する。
【００１１】
【数１】 （θ１−θ２)＝２πΦ／Φ0 （Φ0は磁束量子ｈ／２ｅ） …（数１） この変化は第三の電極の電流の変化により検出すること
ができる。超電導弱結合は低容量でありピコ秒(１０-12
秒）の応答が可能である。このような超電導弱結合の間
に配置された第三の電極でアンドレエフ反射に起因した
過剰電流の変化により超電導体の位相差を検出する方法
は、位相差をピコ秒の高速で電流信号に変換することが
できる。従って、数ギガヘルツ以上の高周波で変化して
いる磁場を検出することができるとともに、磁場を高速
で検出することができるので、雑音の影響は受けにく
い。また、磁束の最小単位である磁束量子Φ0（２.０７
×１０-15Ｔｍ2）微弱磁界を高感度で検出することがで
きる。さらに磁束を結合するためのループの大きさを微
小化することができるので微小領域の磁場を検出するこ
とが可能となり、空間的な分解能が高い磁束計を実現す
ることができる。
ができる。超電導弱結合は低容量でありピコ秒(１０-12
秒）の応答が可能である。このような超電導弱結合の間
に配置された第三の電極でアンドレエフ反射に起因した
過剰電流の変化により超電導体の位相差を検出する方法
は、位相差をピコ秒の高速で電流信号に変換することが
できる。従って、数ギガヘルツ以上の高周波で変化して
いる磁場を検出することができるとともに、磁場を高速
で検出することができるので、雑音の影響は受けにく
い。また、磁束の最小単位である磁束量子Φ0（２.０７
×１０-15Ｔｍ2）微弱磁界を高感度で検出することがで
きる。さらに磁束を結合するためのループの大きさを微
小化することができるので微小領域の磁場を検出するこ
とが可能となり、空間的な分解能が高い磁束計を実現す
ることができる。
【００１２】超電導線路に時間的，空間的に変化する信
号を伝搬させると、超電導線路に位相差の分布が生じ
る。超電導線路に位相の情報を蓄積し、超電導弱結合の
間に配置された第三の電極の過剰電流の変化により情報
の読み出しを行い、第三の電極で検出された超電導体間
の位相差を超電導線路の一端に印加し、位相情報を再帰
的に超電導線路に循環させることにより、一定長の情報
を蓄積するメモリ機能を有する超電導装置を実現するこ
とができる。
号を伝搬させると、超電導線路に位相差の分布が生じ
る。超電導線路に位相の情報を蓄積し、超電導弱結合の
間に配置された第三の電極の過剰電流の変化により情報
の読み出しを行い、第三の電極で検出された超電導体間
の位相差を超電導線路の一端に印加し、位相情報を再帰
的に超電導線路に循環させることにより、一定長の情報
を蓄積するメモリ機能を有する超電導装置を実現するこ
とができる。
【００１３】アンドレエフ反射による過剰電流の変化に
より超電導体間の位相差を検出する方法は、位相差をピ
コ秒の高速で電流信号に変換できるので、ピコ秒の分解
能の情報列を生成することが可能となる。数mmの超電導
線路を形成すると、その遅延時間は数十ピコ秒である。
このため超電導線路に数十ビットの位相情報を蓄積する
ことが可能である。また位相差情報は高速で電流信号に
変換されるので、高速で情報の読み出しができるメモリ
を実現することができる。また超電導線路は超電導状態
に保たれており電圧が生じていないため、低消費電力で
の情報蓄積が可能である。
より超電導体間の位相差を検出する方法は、位相差をピ
コ秒の高速で電流信号に変換できるので、ピコ秒の分解
能の情報列を生成することが可能となる。数mmの超電導
線路を形成すると、その遅延時間は数十ピコ秒である。
このため超電導線路に数十ビットの位相情報を蓄積する
ことが可能である。また位相差情報は高速で電流信号に
変換されるので、高速で情報の読み出しができるメモリ
を実現することができる。また超電導線路は超電導状態
に保たれており電圧が生じていないため、低消費電力で
の情報蓄積が可能である。
【００１４】本発明の超電導体の材料は高温でも動作さ
せるために、高い超電導転移温度を有する酸化物超電導
材料であることが望ましい。ｎ型の導電性を有する超電
導材料，（Ｎｄ，Ｃｅ)2ＣｕＯ4 なる組成の超電導体を
用いるとよいが、これに加え、この組成のＮｄの部分を
Ｐｒ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｅｒの群より選ばれた
少なくとも一つの元素によって置き換えたもの、あるい
はＣｅの部分をＴｈ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉの群より選ばれ
た少なくとも一つの元素によって置き換えたものであっ
てもよい。ｐ型の導電性を有する超電導材料であるＹ系
の酸化物超電導体を用いるとよいが、これに換えてＬａ
系の酸化物超電導体，Ｂｉ系の酸化物超電導体，Ｔｌ系
の酸化物超電導体を用いてもよい。また金属系の超電導
材料、具体的にはＮｂ，Ｐｂ、あるいはＰｂ合金，Ｎｂ
金属化合物を用いても同様の効果を得ることができる。
せるために、高い超電導転移温度を有する酸化物超電導
材料であることが望ましい。ｎ型の導電性を有する超電
導材料，（Ｎｄ，Ｃｅ)2ＣｕＯ4 なる組成の超電導体を
用いるとよいが、これに加え、この組成のＮｄの部分を
Ｐｒ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｅｒの群より選ばれた
少なくとも一つの元素によって置き換えたもの、あるい
はＣｅの部分をＴｈ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉの群より選ばれ
た少なくとも一つの元素によって置き換えたものであっ
てもよい。ｐ型の導電性を有する超電導材料であるＹ系
の酸化物超電導体を用いるとよいが、これに換えてＬａ
系の酸化物超電導体，Ｂｉ系の酸化物超電導体，Ｔｌ系
の酸化物超電導体を用いてもよい。また金属系の超電導
材料、具体的にはＮｂ，Ｐｂ、あるいはＰｂ合金，Ｎｂ
金属化合物を用いても同様の効果を得ることができる。
【００１５】本発明の超電導弱結合には常伝導体を介し
て二つの超電導体を結合した素子を用いたが、絶縁膜を
介して二つの超電導体を結合したトンネル接合型超電導
素子を用いても同様の効果を得ることができる。
て二つの超電導体を結合した素子を用いたが、絶縁膜を
介して二つの超電導体を結合したトンネル接合型超電導
素子を用いても同様の効果を得ることができる。
【００１６】
【実施例】図１は本発明の第一の実施例である磁束計の
機能を有する超電導装置の構成を示す。この超電導装置
は、Ａｕからなる常伝導体１０５，１０６を介してＮｂ
からなる二つの超電導体１０３と１０４を対向して設け
た超電導弱結合１００、及び位相検出電極１０２を二つ
の超電導体１０３と１０４の間に設け、超電導弱結合１
００を含んで閉ループを構成した超電導線路１０１から
なる。
機能を有する超電導装置の構成を示す。この超電導装置
は、Ａｕからなる常伝導体１０５，１０６を介してＮｂ
からなる二つの超電導体１０３と１０４を対向して設け
た超電導弱結合１００、及び位相検出電極１０２を二つ
の超電導体１０３と１０４の間に設け、超電導弱結合１
００を含んで閉ループを構成した超電導線路１０１から
なる。
【００１７】大きさΦの磁束が超電導伝送路１０１から
なるループに結合されると、超電導体１０３と常伝導体
１０６の境界の位相θ１，超電導体１０４と常伝導体１
０５の境界の位相θ２の位相差(θ１−θ２）が変化す
る。位相差(θ１−θ２）は、超電導体１０３と常伝導
体１０６の境界、及び超電導体１０４と常伝導体１０５
の境界で生じるアンドレエフ反射による過剰電流の変化
として、位相検出電極１０２で検出することができる。
超電導弱結合は低容量でありピコ秒の応答が可能であ
る。
なるループに結合されると、超電導体１０３と常伝導体
１０６の境界の位相θ１，超電導体１０４と常伝導体１
０５の境界の位相θ２の位相差(θ１−θ２）が変化す
る。位相差(θ１−θ２）は、超電導体１０３と常伝導
体１０６の境界、及び超電導体１０４と常伝導体１０５
の境界で生じるアンドレエフ反射による過剰電流の変化
として、位相検出電極１０２で検出することができる。
超電導弱結合は低容量でありピコ秒の応答が可能であ
る。
【００１８】このように、アンドレエフ反射に起因した
過剰電流の変化を超電導弱結合の間に配置された位相検
出電極１０２で検出するする方法は、位相差をピコ秒の
高速で電流信号に変換することができる。従って、数ギ
ガヘルツ以上の高周波で変動している磁場を検出するこ
とができ、磁場を高速で検出することができるので、雑
音の影響は受けにくい。また、磁束の最小単位である磁
束量子Φ0 の微弱磁界を高感度で検出することができ
る。従来の磁束計は、磁束を結合するための超電導ルー
プの物理的な寸法で制限されていたが、本実施例の磁束
計は超電導線路で構成されている閉ループを微小化する
ことができるので、微小領域の磁場を検出することがで
きる。
過剰電流の変化を超電導弱結合の間に配置された位相検
出電極１０２で検出するする方法は、位相差をピコ秒の
高速で電流信号に変換することができる。従って、数ギ
ガヘルツ以上の高周波で変動している磁場を検出するこ
とができ、磁場を高速で検出することができるので、雑
音の影響は受けにくい。また、磁束の最小単位である磁
束量子Φ0 の微弱磁界を高感度で検出することができ
る。従来の磁束計は、磁束を結合するための超電導ルー
プの物理的な寸法で制限されていたが、本実施例の磁束
計は超電導線路で構成されている閉ループを微小化する
ことができるので、微小領域の磁場を検出することがで
きる。
【００１９】本実施例によれば、磁束検出の空間的な分
解能と信号分解能が高く、数ギガヘルツ以上の高周波で
変動する磁束を検出することができる超電導装置を提供
することができる。
解能と信号分解能が高く、数ギガヘルツ以上の高周波で
変動する磁束を検出することができる超電導装置を提供
することができる。
【００２０】図２は、本発明の第二の実施例である磁束
計の機能を有する超電導装置の構成を示す。これは第一
の実施例に示した超電導線路１０１で構成されるループ
の一部に複数個直列接続した超電導弱結合１０７を具備
し、その両端に端子１１０，１１１を設けた構成からな
る。
計の機能を有する超電導装置の構成を示す。これは第一
の実施例に示した超電導線路１０１で構成されるループ
の一部に複数個直列接続した超電導弱結合１０７を具備
し、その両端に端子１１０，１１１を設けた構成からな
る。
【００２１】複数個直列接続した超電導弱結合１０７に
流れる最大超電導電流以下の電流を、端子１１０と１１
１の間に印加すると、それに伴い超電導体１０３と常伝
導体１０６の境界の位相θ１，超電導体１０４と常伝導
体１０５の境界の位相θ２の位相差（θ１−θ２）が変
化する。位相差による位相検出電極１０２の過剰電流の
変化が大きくなるように端子１１０と１１１の間に電流
を印加し、大きさΦの磁束が超電導伝送路１０１からな
るループに結合されると、磁束による位相検出電極１０
２の過剰電流の変化量が大きくなる。このため、より高
感度な磁束計を提供することができる。また地磁気や雑
音による磁場の影響は、端子１１０と１１１の間に電流
を印加することにより打ち消すことができ、測定すべき
信号のみを高感度で取り出すことが可能となる。
流れる最大超電導電流以下の電流を、端子１１０と１１
１の間に印加すると、それに伴い超電導体１０３と常伝
導体１０６の境界の位相θ１，超電導体１０４と常伝導
体１０５の境界の位相θ２の位相差（θ１−θ２）が変
化する。位相差による位相検出電極１０２の過剰電流の
変化が大きくなるように端子１１０と１１１の間に電流
を印加し、大きさΦの磁束が超電導伝送路１０１からな
るループに結合されると、磁束による位相検出電極１０
２の過剰電流の変化量が大きくなる。このため、より高
感度な磁束計を提供することができる。また地磁気や雑
音による磁場の影響は、端子１１０と１１１の間に電流
を印加することにより打ち消すことができ、測定すべき
信号のみを高感度で取り出すことが可能となる。
【００２２】本実施例によれば、磁束検出の空間的な分
解能と信号分解能が高く、数ギガヘルツ以上の高周波で
変動する磁束を検出することができる超電導装置を提供
することができる。
解能と信号分解能が高く、数ギガヘルツ以上の高周波で
変動する磁束を検出することができる超電導装置を提供
することができる。
【００２３】図３は、本発明の第三の実施例であるメモ
リの機能を有する超電導装置の構成を示す。同図で超電
導弱結合１００はＡｕからなる常伝導体１０５，１０６
を介してＮｂからなる二つの超電導体１０３と１０４を
対向して設けることにより得られる。超電導体１０３の
一端は超電導グランドプレーン２１０と接続され、接地
されている。超電導体１０４の他端は超電導線路２０１
の一端に接続されている。超電導体１０３と１０４の間
には二つの超電導体の位相差を検出するための位相差検
出電極１０２が形成されており、電極１０２と超電導線
路２０１の他端とが容量２０２を介して結合している。
リの機能を有する超電導装置の構成を示す。同図で超電
導弱結合１００はＡｕからなる常伝導体１０５，１０６
を介してＮｂからなる二つの超電導体１０３と１０４を
対向して設けることにより得られる。超電導体１０３の
一端は超電導グランドプレーン２１０と接続され、接地
されている。超電導体１０４の他端は超電導線路２０１
の一端に接続されている。超電導体１０３と１０４の間
には二つの超電導体の位相差を検出するための位相差検
出電極１０２が形成されており、電極１０２と超電導線
路２０１の他端とが容量２０２を介して結合している。
【００２４】超電導線路に時間的，空間的に変化する信
号Ｉ（ｘ，ｔ）（ｘは超電導線路２０１の長さ方向の位
置、ｔは時間のパラメータ）を印加する。ただし、Ｉは
超電導線路２０１の臨界超電導電流以下の電流である。
このような信号を印加した場合、超電導線路２０１に電
流の変化を反映した位相の分布が生じ、時間に伴って位
相は超電導線路２０１を伝播する。一方、弱結合の間に
配置された位相検出電極１０２で検出される電流は、超
電導体１０３と１０４それぞれの位相θ１，θ２の位相
差（θ１−θ２）に依存して変化する。これは超電導体
と常伝導体の境界の位相によって、境界でアンドレエフ
を受けた電子波の位相が変調されるからである。従っ
て、超電導線路の端部である超電導体１０４と常伝導体
１０５の境界に伝播した位相を検出することができる。
号Ｉ（ｘ，ｔ）（ｘは超電導線路２０１の長さ方向の位
置、ｔは時間のパラメータ）を印加する。ただし、Ｉは
超電導線路２０１の臨界超電導電流以下の電流である。
このような信号を印加した場合、超電導線路２０１に電
流の変化を反映した位相の分布が生じ、時間に伴って位
相は超電導線路２０１を伝播する。一方、弱結合の間に
配置された位相検出電極１０２で検出される電流は、超
電導体１０３と１０４それぞれの位相θ１，θ２の位相
差（θ１−θ２）に依存して変化する。これは超電導体
と常伝導体の境界の位相によって、境界でアンドレエフ
を受けた電子波の位相が変調されるからである。従っ
て、超電導線路の端部である超電導体１０４と常伝導体
１０５の境界に伝播した位相を検出することができる。
【００２５】位相差検出電極１０２に直流バイアス電流
を印加すると、容量２０２により位相差信号成分のみが
超電導線路２０１に入力される。従って位相情報を再帰
的に超電導線路に循環させることができ、一定長の情報
を蓄積するメモリを実現することができる。超電導線路
２０１に初期設定される情報は、入力端子２０３から印
加される。また超電導線路２０１を循環する情報は、随
時出力端子２０４から出力される。
を印加すると、容量２０２により位相差信号成分のみが
超電導線路２０１に入力される。従って位相情報を再帰
的に超電導線路に循環させることができ、一定長の情報
を蓄積するメモリを実現することができる。超電導線路
２０１に初期設定される情報は、入力端子２０３から印
加される。また超電導線路２０１を循環する情報は、随
時出力端子２０４から出力される。
【００２６】アンドレエフ反射による過剰電流の変化に
より超電導体間の位相差を検出する方法は、位相差をピ
コ秒の高速で電流信号に変換できるので、ピコ秒の分解
能の情報列を生成することが可能となる。数mmの超電導
線路を形成するとその遅延時間は数十ピコ秒である。従
って超電導線路に数十ビットの情報を蓄積することが可
能であり、高速で読み出すことができる。また超電導線
路には電圧が生じていないため、低消費電力での情報蓄
積が可能である。
より超電導体間の位相差を検出する方法は、位相差をピ
コ秒の高速で電流信号に変換できるので、ピコ秒の分解
能の情報列を生成することが可能となる。数mmの超電導
線路を形成するとその遅延時間は数十ピコ秒である。従
って超電導線路に数十ビットの情報を蓄積することが可
能であり、高速で読み出すことができる。また超電導線
路には電圧が生じていないため、低消費電力での情報蓄
積が可能である。
【００２７】図３のメモリ機能を有する超電導装置の動
作原理を図４を用いて説明する。図４はメモリの動作の
タイミングを示す。超電導弱結合１００は低容量であ
り、数ピコ秒の高速で応答可能である。また、超電導電
弱結合間に配置された位相差検出電極１０２は、位相差
を数ピコ秒の高速で電流信号に変換することができるの
で、数ピコ秒の分解能の情報列を生成することが可能と
なる。この分解能の値をｔとする。チップ内に数mmの超
電導伝送路からなるループを形成すると、信号の遅延時
間は数十ピコ秒である。この遅延時間の値をＴとする
と、位相差情報が再起的に超電導線路を循環し、Ｔ／ｔ
ビットの情報を蓄積することができる。Ｔ／ｔは、少な
くとも数十ビット程度は確保することが可能である。
作原理を図４を用いて説明する。図４はメモリの動作の
タイミングを示す。超電導弱結合１００は低容量であ
り、数ピコ秒の高速で応答可能である。また、超電導電
弱結合間に配置された位相差検出電極１０２は、位相差
を数ピコ秒の高速で電流信号に変換することができるの
で、数ピコ秒の分解能の情報列を生成することが可能と
なる。この分解能の値をｔとする。チップ内に数mmの超
電導伝送路からなるループを形成すると、信号の遅延時
間は数十ピコ秒である。この遅延時間の値をＴとする
と、位相差情報が再起的に超電導線路を循環し、Ｔ／ｔ
ビットの情報を蓄積することができる。Ｔ／ｔは、少な
くとも数十ビット程度は確保することが可能である。
【００２８】本実施例によれば、従来の超電導体を用い
たメモリのように１ビットごとのメモリループは不必要
であり、超電導線路は超電導状態に保たれているため、
高速，高集積度，低消費電力のメモリ機能を有する超電
導装置を提供することができる。
たメモリのように１ビットごとのメモリループは不必要
であり、超電導線路は超電導状態に保たれているため、
高速，高集積度，低消費電力のメモリ機能を有する超電
導装置を提供することができる。
【００２９】図５は、本発明の第四の実施例であるメモ
リの機能を有する超電導装置の構成を示す。これは第三
の実施例に示した超電導弱結合を複数個直列接続し、二
つの超電導体の位相差を検出するための位相差検出電極
２０７，２０８，２０９を各超電導弱結合に設け、複数
の位相検出電極からの信号を１点２０６に集めて、位相
差の総和が前記超電導線路２０１の他端に容量２０２を
介して帰還する。超電導弱結合を多段に設けることによ
り、弱結合１段で検出される電流変化を増幅することが
できる効果がある。
リの機能を有する超電導装置の構成を示す。これは第三
の実施例に示した超電導弱結合を複数個直列接続し、二
つの超電導体の位相差を検出するための位相差検出電極
２０７，２０８，２０９を各超電導弱結合に設け、複数
の位相検出電極からの信号を１点２０６に集めて、位相
差の総和が前記超電導線路２０１の他端に容量２０２を
介して帰還する。超電導弱結合を多段に設けることによ
り、弱結合１段で検出される電流変化を増幅することが
できる効果がある。
【００３０】位相差検出電極に直流バイアス電流を印加
すると、容量２０２により位相差信号成分のみが超電導
線路２０１に入力される。従って位相情報を再帰的に超
電導線路に循環させることにより、一定長の情報を蓄積
するメモリを実現することができる。超電導線路２０１
に初期設定される情報は、入力端子２０３から印加され
る。また超電導線路２０１を循環する情報は随時出力端
子２０４から出力される。
すると、容量２０２により位相差信号成分のみが超電導
線路２０１に入力される。従って位相情報を再帰的に超
電導線路に循環させることにより、一定長の情報を蓄積
するメモリを実現することができる。超電導線路２０１
に初期設定される情報は、入力端子２０３から印加され
る。また超電導線路２０１を循環する情報は随時出力端
子２０４から出力される。
【００３１】本実施例によれば、高速，高集積度，低消
費電力のメモリ機能を有する超電導装置を提供すること
ができる。
費電力のメモリ機能を有する超電導装置を提供すること
ができる。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、超電導の位相情報を用
いて磁束計，メモリ機能を有する高速，高集積度，低消
費電力，高感度の超電導装置を提供することができる。
いて磁束計，メモリ機能を有する高速，高集積度，低消
費電力，高感度の超電導装置を提供することができる。
【図１】本発明の一実施例の磁束計を構成する超電導装
置の説明図。
置の説明図。
【図２】本発明の一実施例の磁束計を構成する超電導装
置の説明図。
置の説明図。
【図３】本発明の一実施例のメモリを構成する超電導装
置の説明図。
置の説明図。
【図４】本発明のメモリの動作タイミングを示す図。
【図５】本発明の一実施例のメモリを構成する超電導装
置の説明図。
置の説明図。
１００…超電導弱結合、１０２…位相検出電極、１０
３，１０４…超電導体、１０５，１０６…常伝導体、２
０１…超電導線路、２０２…容量、２０３…入力電流端
子、２０４…出力電流端子、２１０…超電導グランドプ
レーン。
３，１０４…超電導体、１０５，１０６…常伝導体、２
０１…超電導線路、２０２…容量、２０３…入力電流端
子、２０４…出力電流端子、２１０…超電導グランドプ
レーン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西野 壽一 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (6)
- 【請求項１】常伝導体あるいは半導体を介して二つの超
電導体からなる第一と第二の電極を対向して設けた超電
導弱結合と、前記二つの超電導体の位相差を検出するた
めの超電導体または常伝導体からなる第三の電極を前記
第一と第二の超電導電極間に少なくとも一つ含み、前記
超電導弱結合を含んで閉ループを構成した超電導体より
なる線路を具備したことを特徴とする超電導装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の前記超電導弱結合と前記
第三の電極を含んで超電導体よりなる線路で閉ループを
構成し、前記閉ループに結合する磁束を前記第三の電極
の電流電圧特性の変化により検出する超電導装置。 - 【請求項３】請求項１に記載の前記閉ループを構成した
超電導体よりなる線路の間には、複数の超電導弱結合を
含む超電導装置。 - 【請求項４】超電導線路の一端と超電導グランドプレー
ンの間に常伝導体あるいは半導体を介して二つの超電導
体からなる第一と第二の電極を対向して設けた超電導弱
結合が形成されており、前記二つの超電導体の位相差を
検出するための超電導体または常伝導体からなる第三の
電極を前記第一と第二の超電導電極間に少なくとも一つ
含み、前記第三の電極と前記超電導線路の他端とが容量
結合しており、前記第三の電極で検出した前記二つの超
電導体の位相差が前記超電導線路の他端に帰還されるこ
とを特徴とする超電導装置。 - 【請求項５】超電導線路の一端と超電導グランドプレー
ンの間に常伝導体あるいは半導体を介して二つの超電導
体からなる電極を対向して設けた超電導弱結合を複数個
直列接続した接合と、前記超電導体の位相差を検出する
ための超電導体または常伝導体からなる第三の電極を複
数に分岐して前記直列接続した各々の超電導弱結合の超
電導体の間に配置され、前記分岐された複数の第三の電
極からの信号が１点に集めて超電導線路の他端と容量を
介して結合させ、前記第三の電極で検出した超電導体の
位相差の総和が前記超電導線路の他端に帰還されること
を特徴とする超電導装置。 - 【請求項６】請求項１，３，４または５に記載の二つの
超電導体の位相差は、超電導体と常伝導体あるいは半導
体の境界で生じるアンドレエフ反射の信号の変化により
検出される超電導装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7114273A JPH08316536A (ja) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | 超電導装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7114273A JPH08316536A (ja) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | 超電導装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08316536A true JPH08316536A (ja) | 1996-11-29 |
Family
ID=14633699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7114273A Pending JPH08316536A (ja) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | 超電導装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08316536A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2482008A (en) * | 2010-07-14 | 2012-01-18 | Royal Holloway & Bedford New College | Squid |
| US10782364B2 (en) | 2016-08-26 | 2020-09-22 | Royal Holloway And Bedford New College | Quantum interference device |
| US10859641B2 (en) | 2015-09-03 | 2020-12-08 | Royal Holloway And Bedford New College | Quantum interference device, device incorporating same, and method of manufacturing a quantum interference device |
-
1995
- 1995-05-12 JP JP7114273A patent/JPH08316536A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2482008A (en) * | 2010-07-14 | 2012-01-18 | Royal Holloway & Bedford New College | Squid |
| WO2012007736A1 (en) * | 2010-07-14 | 2012-01-19 | Royal Holloway And Bedford New College | Quantum interference device |
| GB2482008B (en) * | 2010-07-14 | 2014-06-11 | Royal Holloway & Bedford New College | Quantum interference device |
| US10859641B2 (en) | 2015-09-03 | 2020-12-08 | Royal Holloway And Bedford New College | Quantum interference device, device incorporating same, and method of manufacturing a quantum interference device |
| US10782364B2 (en) | 2016-08-26 | 2020-09-22 | Royal Holloway And Bedford New College | Quantum interference device |
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