JPS584837B2 - 薄膜クライオトロン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、デイジタルコンピュータの超伝導材料の超小
型電子装置に関するもので、とくにジョセフソン効果に
基づく薄膜タライオトロンに関するものである。

従来のジョセフソン接合を利用した薄膜クライオトロン
としては、超伝導材料開閉装置がある。

この超伝導材料開閉装置におけるジョセフソン接合の臨
界電流は、ジョセフソン接合に磁場を作用させることに
よって制御される（参照：たとえばＪ．マテイスコ（Ｍ
ａｔｉｓｃｏ）：“トンネルクライオトロンー電子トン
ネルに基づく超伝導材料論理要素（Ｔｈｅ Ｔｕｎｎｅ
ｌｉｎｇ Ｃｒｙｏｔｒｏｎ−ＡＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕ
ｃｔｉｖｅ Ｌｏｇｉｃ Ｅｌｅｍｅｎｔ ｂａｓｅｄ
ｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）”，Ｐ
ｒｏｃ．ＩＥＥＦ，第５５巻，Ｐ．１７２，１９６７）
。

前述の薄膜タライオトロンは１つの超伝導グランドプレ
ーン面と２つの超伝導薄膜電極とを有する。

グランドプレーンおよび電極は互いに電気的に絶縁され
ている。

各超伝導薄膜電極は入力ラインを有し、また単一方向に
分布したジョセフソン接合（たとえば、トンネル接合）
によって接続されている。

また、この薄膜クライオトロンは、超伝導薄膜電極の１
つの上に、ジョセフソン接合に沿って延びる少なくとも
１つの制御ラインを有する。

単一方向に分布したジョセフソン接合の寸法の１つはジ
ョセフソン接合の磁場の侵入度よりずっと大きい。

ジョセフソン接合の他の寸法はその値（侵入度）かもし
くは小さい値である。

超伝導薄膜電極の超伝導薄膜入力ラインは超伝導薄膜電
極の延長部であり、これにより、薄膜クライオトロンは
外部回路に接続されている。

各超伝導薄膜電極は１つの入力ラインを有する。

超伝導薄膜電極と入力ラインとの接続する箇所における
入力ラインの幅はそれぞれの対応する超伝導薄模電極の
長さに比較できる大きさである。

上述の薄膜クライオトロンはジョセフソン接合の臨界電
流Ｉｍを減少させる磁場を発生する電流Ｉｃを制御ライ
ンに流すことによって超伝導状態から抵抗状態に変る。

従来の薄膜クライオトロンにおいては、電流増幅率Ｇが
通常２以下であり、ある種の応用に対して不充分である
。

（ジョセフソン接合の最大臨界電流をＩｍｏ，臨界電流
Ｉｍが薄膜クライオトロンの非導通状態の残留電流の許
容値に等しい小電流値Ｉｏまで減少したときの状態にお
ける制御ラインを通過する最大電流をＩｃｏとすれば、
電流増幅率Ｇ＝Ｉｍｏ／Ｉｃｏ） さらに従来の薄膜クライオトロンの制御特性Ｉｍ＝ｆ（
Ｉｃ）では従来の論理装置および記憶装置のそれぞれに
組込まれるクライオトロンの信頼性の高い動作を得るこ
とができない。

これは、たとえば２ラインクライオトロン論理回路に組
込まれる薄膜相交差接合クライオトロンに適用される。

上述の理由としては、制御特性曲線Ｉｍ＝ｆ（Ｉｃ）の
形が最も好ましい矩形の形からひどく離れているからで
ある。

従来のクライオトロンの制御特性曲線Ｉｍ＝ｆ（Ｉｃ）
は、Ｉｃ＝０付近でも急こう配をなしている。

これは、制御ラインを流れる電流Ｉｃの磁場がジョセフ
ソン接合に誘導電流を生じさせ、この誘導電流は、外部
回路からの供給電流が流れる同じ箇所を流れるからであ
る。

この結果、制御電流Ｉｃが小さい値のときでさえ、ジョ
セフソン接合における誘導電流はジョセフソン接合のあ
る箇所から供給電流に加えられ、これにより、臨界電流
は誘導電流の値に大体等しい値だけ変化する。

より凸形の制御特性曲線を有するジョセフソン接合はＩ
ＢＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ Ｂ
ｕｌｌ−ｅｔｉｎ（ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．９，Ｆｅｂ．
１９７４，ｐｐ３０３１−３０３２）に開示されている
。

しかしながら、この装置においては、超伝導電極がジョ
セフソン接合に沿って延びるストリップすなわち細長い
帯状形状として形成されているために、電流増幅率Ｇが
たとえばＧ≦ｌと小さいという問題点がある。

本発明の目的は、凸形であり矩形に近い制御特性曲線を
維持して高い電流増幅率Ｇを得ることである。

上述の目的を達成するために本発明によれば、薄膜クラ
イオトロンであって、グランドプレーンと、該グランド
プレーン上に設けられた第１１第２の超伝導電極とを具
備し、グランドプレーンおよび第１、第２の超伝導電極
が互いに絶縁ざれ、第１１第２の超伝導電極が単一方向
に分布するジョセフソン接合によって内部接続され且つ
第ｌ、第２人カラインを有し、前記薄膜タライオトロン
が、ジョセフソン接合に沿って平行に且つ第１の超伝導
電極上に延びた少なくとも１つの制御ラインを具備し、
第１、第２の超伝導電極の少なくとも１つがジョセフソ
ン接合に沿って延びるストリップとして形成され、第１
の入力ラインが、制御ラインと第１の超伝導電極の境界
とが交差する点から離れ且つジョセフソン接合の両端か
ら第１の超伝導電極の幅およびジョセフソン接合への磁
場の侵入度のいずれより大きい距離だけ離れた箇所で第
１の超伝導電極に接合され、第１の超伝導電極に接続さ
れた入力ラインの幅が第１の超伝導電極の幅以下である
薄膜クライオトロンにおいて、第１の入力ラインに類似
し且つ入力ラインに平行に位置する１つ以上の入力ライ
ンを有することを特徴とする薄膜クライオトロンが提供
される。

さらに制御特性曲線の傾きを大きくして該制御特性曲腺
の形を矩形にするために、薄膜クライオトロンであって
、グランドプレーンと、該グランドプレーン上に設けら
れた第１、第２の超伝導電極とを具備し、グランドプレ
ーンおよび第１、第２の超伝導電極が互いに絶縁され、
第１、第２の超伝導電極が単一方向に分布するジョセフ
ソン接合によって内部接続され且つ第１、第２入力ライ
ンを有し、前記薄膜タライオトロンが、ジョセフソン接
合に沿って平行に且つ第１の超伝導電極上に延びた少な
くとも１つの制御ラインを具備し、第１、第２の超伝導
電極の少なくとも１つがジョセフソン接合に沿って延び
るストリップとして形成され、第１の入力ラインが、制
御ラインと第１の超伝導電極の境界とが交差する点から
離れ且つジョセフソン接合の両端から第１の超伝導電極
の幅およびジョセフソン接合への磁場の侵入度のいずれ
より大きい距離だけ離れた箇所で第１の超伝導電極に接
合され、第１の超伝導電極に接続された入力ラインの幅
が第１の超伝導電極の幅以下である薄膜クライオトロン
において、第１の入力ラインに類似し且つ入力ラインに
平行に位置する１つ以上の入力ラインを有し、第１の超
伝導電極が、制御ラインが第１の超伝導電極の境界に交
差する箇所と入力ラインが第１の超伝導電極に接続する
箇所との間に、幅広い部分を有し、また幅広い部分の幅
が、ジョセフソン接合への磁場の侵入度および第１の超
伝導電極の幅のそれぞれより大きいことを特徴とする薄
膜クライオトロンが提供される。

本発明の他の目的および利点は添付図に関連して記載さ
れた本発明の好ましい実施例の以下の詳細な説明からよ
り明確に理解されるであろう。

第１図および第２図に示される薄膜クライオトロンは、
絶縁基板１を有し、その上には超伝導グランドプレーン
２が加わっている。

２つの超伝導薄嘆電極４，５は誘電体層３によってグラ
ンドプレーン２から絶縁され、また超伝導薄膜電極４，
５は、単一方向に分布する幅ｔおよび長さＷであるジョ
セフソン接合６によって接続されている。

超伝導薄膜電極４はジョセフソン接合６に沿って１つの
ス 電極４の上を誘電体層７で絶縁し、その上に制御ライン
８がある。

誘電体層７は第１図に図示していない。

各超伝導薄膜電極４，５は、外部回路への接続のために
、入カライン９，１０を備える。

入カライン９，１０も超伝導薄膜である。

入カライン９は幅Ｗ１であり、ジョセフソン接合６の中
央部に隣接する箇所で超伝導薄膜電極４に接続されてい
る。

超伝導薄膜電極４と入カライン９とが接続する前述の箇
所は、ジョセフソン接合６の両端から離れ且つ制御ライ
ン８が超伝導薄模電極４のストリップの境界と交差する
箇所から距離ａだけ離れている。

この距離ａは、ジョセフソン接合６への磁場の侵入度λ
Ｊおよび超伝導薄膜電極４のストリップの幅ｈよりも大
きい。

すなわちこの条件に合致するためには、ストリップ４の
両端から入力ライン９の接続点までの距離ａは、ａ＞λ
ｍ ただし、λｍ＝ｍａｘ（λＪ，ｈ） でなければならない。

上述の単一方向に分布するジョセフソン接合６の機能は
、たとえば絶縁体または半導体の障壁層を備えるトンネ
ル接合のような従来の接点によって実行される。

この場合、上述の点から、ジョセフソン接合６の長さＷ
は、λＪより非常に大きく（たとえば、Ｗ≒１０λＪ）
、一方、ジョセフソン接合６の幅ｔは、λＪのオーダで
ある。

ジョセフソン接合６の領域では、１つの電極が他の電極
の上にある（図中においては、超伝導薄膜電極４が超伝
導薄膜電極５の上にある）。

制舞ライン８が超伝導薄膜電極４の境界に交差する箇所
と入力ライン９が超伝導薄膜電極４に接続する箇所との
間に余地があることは、絶対的必要条件であるが、超伝
導薄膜電極４の上の制御ライン８の位置は任意に選択す
ることができる。

単一方向に分布するジョセフソン接合６およびジョセフ
ソン接合６に沿って延びる超伝導薄膜電極４の形状は矩
形である必要はなく、たとえば絶縁基板１上で曲げるこ
ともできる。

第３図に示す薄膜クライオトロンは、第１図のクライオ
トロンと異なり、幅の狭い入力ライン１１を有する。

入力ライン１１が超伝導薄膜電極４に接続する部分の幅
Ｗ２は、超伝導薄膜電極４の幅ｈ以下である。

また、制御ライン８′は曲げられている。

第３図以降の図においては、簡略化するために、絶縁基
板１、超伝導グランドプレーン２および誘導体層３．７
は省略してある。

第４図に示す薄膜クライオトロンは、第３図の薄膜クラ
イオトロンと異なり、入力ライン１１と平行に且つ入力
ライン１１に類似する入力ライン１２，１３を有する。

入力ライン１１，１２，１３の幅Ｗ２と、入力ライン１
１，１２，１３が超伝導薄膜電極４に接続する箇所の間
隔と、入カライン１１，１２，１３の共通接続箇所とは
、各入力ライン１１，１２，１３のインダクタンスが少
なくとも超伝導薄膜電極４のストリップのインダクタン
スと同程度の大きさになるように、選択しなければなら
ない。

ａおよびｈは、入カライン１１，１２，１３が超伝導薄
膜電極４に接続する箇所と制御ライン８が超伝導薄膜電
極４の境界に交差する箇所との間に余地ができるように
、選択しなければならない。

入力ライン１１，１２，１３のそれぞれが超伝導薄膜電
極４に接続する箇所における幅Ｗ２は、ｈより小さい値
でなければならない。

第５図に示す薄膜クライオトロンは、第４図の薄膜クラ
イオトロンと類似しており、２つの制御ライン８，１６
を有する。

超伝導薄膜電極４，５′は、ジョセフソン接合６に沿っ
たストリップ形状をなしている。

この場合、薄膜クライオトロンは対称的である。

すなわち入力ライン１１．１２が超伝導薄膜電極４に接
続し、一方、入力ライン１４．１５が超伝導薄膜電極５
′に接続する。

また、制御ライン８，１６の両方を超伝導薄膜電極４，
５′のいずれか１つ、たとえば超伝導薄膜電極４の上に
配置することができる。

この場合、超伝導薄膜電極４の幅ｈを大きくさせる必要
があり、すなわち薄膜タライオトロンの全体の寸法を大
きくさせる必要がある。

第４図の薄膜クライオトロンと異なり、第６図に示す薄
膜クライオトロンにおいては、超伝導薄膜電極４は、制
御ライン８が超伝導薄膜電極４の境界に交差する箇所と
入力ライン１１，１３が超伝導薄膜電極４に接続する箇
所との間に、幅広い部分１Ｔを有する。

距離ａ、幅広い部分１Ｔの幅ｈおよび長さｂは、制御ラ
イン８が超伝導薄膜電極４の境界に交差する箇所と入力
ライン１１，１２，１３との間に余地ができるように、
選択しなければならない。

さらにまた、長さｂは、ｂ≒λｍを満たさなければなら
ない。

第Ｔ図は２つの入カライン１１，１２を有する薄膜クラ
イオトロンにおける電流分布を表わす図である。

矢印つき実線は、外部回路から超伝導薄膜電極４を通り
超伝導薄膜電極５に流れ且つ超伝導グランドプレーン２
（第７図に図示していない）に面する超伝導薄膜電極４
，５０表面を流れる供給輸送電流Ｉｇの分布を示す。

一方、矢印つき点線は、制御ライン８に制御電流Ｉｃを
流すことによって超伝導グランドプレーン２側の超伝導
薄膜電極４，５の表面に流れる誘導電流の分布を示す。

入力ラインのそれぞれを流れる輸送電流Ｉｇの値は入力
ラインの数によって変化するが、輸送電流Ｉｇおよび制
御電流Ｉｃの分布は入力ラインの数に関係なくいつでも
同一である。

第８図において、曲線１８は、第１図の薄膜クライオト
ロンにおける、臨界電流Ｉｍ（ｙ軸）と制御ライン８０
制御電流Ｉｃ（ｘ軸）との関係を示す。

制御電流Ｉｃｏは、ジョセフソン接合６における誘導フ
ラツクソイドによって、臨界電流Ｉｍが最大臨界電流Ｉ
ｍｏに比べて減少し始めるときの制御電流Ｉｏの値であ
る。

曲線１Ｂの点線部分は、発振状態にする制御電流Ｉｃに
おける正確な関係Ｉｍ＝ｆ（Ｉｃ）の最大値の包絡線（
“緩い曲線”）を示す。

第９図における曲線１９，２０，２１は、それぞれ第３
，４，６図の薄膜クライオトロンの特性曲線を示す。

Ｉｍ，Ｉｃ，Ｉｃｏおよび点線部分は、第８図の場合と
同じものを示す。

曲線２０，２１に対してはＩｃｏであり、曲線１９に対
してはＩ′ｃｏである。

複数の入力ライン（入力ラインの数をｎとする）を有す
る薄膜クライオトロン（曲線２０，２１に対応する）の
最大臨界電流Ｉ″ｍｏは、１つの狭い入力ラインを有す
る薄膜クライオトロン（曲線１９に対応する）の最大臨
界電流Ｉ′ｍｏのｎ倍である。

臨界電流Ｉｍが減少し始めるときの制御電流において、
超伝導薄膜電極に幅広い部分１７を有する薄膜クライオ
トロンの場合（曲線２１に対応する）のＩ′ｃｏが、幅
広い部分１１を有しない類似の薄膜クライオトロンの場
合（曲線２０に対応する）のＩｃｏより幾分大きい。

Ｉｃ＝Ｉ′ｃｏ近傍における曲線２１のこう配は、Ｉｃ
＝Ｉｃｏ近傍における曲線２０のこう配より大きい。

このことは、曲線２１の方が、曲線２０より矩形に近い
形状であることを示している。

本発明の薄膜クライオトロンの動作を以下に示す。

第１，２図の制御ライン８に制御電流Ｉｃが流れていな
い場合、第８図の臨界電流Ｉｍｏより大きくない超伝導
輸送電流Ｉｇが、薄膜タライオトロンのジョセフソン接
合６を通過する。

入力ライン９を通過する輸送電流Ｉｇは、超伝導薄膜電
極４内を拡がり、ジョセフソン接合６で入カライン９に
近い部分を通過する。

ジョセフソン接合６を通過する輸送電流Ｉｇの幅は、入
力ライン９の幅Ｗ１より大きい。

輸送電流Ｉｇの拡がり幅は、λｍ＝ｍａｘ（λＪ，ｈ）
に示すλｍに等しい。

入力ライン９は、ジョセフソン接合６の端からλｍ以上
の距離をあけてあるので、輸送電流Ｉｇは、ジョセフソ
ン接合６の端の近傍を通過しない。

制御電流Ｉｃが制御ライン８に流れる場合、制御ライン
８下の超伝導薄膜電極４のストリップの中とに誘導電流
が生じ、この電流はグランドプレーン２に面するジョセ
フソン接合６および超伝導薄膜電極５の表面に流れる。

この誘導電流は第Ｔ図において点線で示してある。

制御ライン８が絶縁されていない場合、前記表面を流れ
る誘導電流は、薄膜構造の中を流れるままに流れてしま
い、制御ラインＢ下の超伝導薄膜電極４は衝撃的に短絡
する（すなわち、超伝導薄膜電極４の境界と制御ライン
８との交差する箇所（第Ｔ図の表示＋，−の場所）にお
いて、制御電流Ｉｃは超伝導薄膜電極４を出入りする。

）。誘導電流の一部は、制御ライン８下の超伝導薄膜電
極４から、λｍのオーダの線形寸法であるジョセフソン
接合６のうちで超伝導薄膜電極４の境界と制御ライン８
とが交差する前記箇所に近い領域を通り、超伝導薄膜電
極５に流れる。

超伝導薄膜電極５に流れる電流の配分は、２つの可能な
電流の道筋すなわち超伝導薄膜電極４，５のそれぞれを
通る道筋のインダクタンスの比によって、決まる。

ジョセフソン接合６における誘導電流が臨界値に到達す
る前に、この誘導電流は、ジョセフソン接合６の端の近
傍にも流れるが、輸送電流Ｉｇはジョセフソン接合６の
中央部を流れるので、臨界電流Ｉｍにはほとんど影響し
ない。

制御ライン８の制御電流Ｉｃが増加し電流値Ｉｃｏに到
達すると、ジョセフソン接合６の端の近傍を流れる誘導
電流は、臨界値２λｍｊｃに到達する。

ここでｊｃはジョセフソン接合６の線形臨界電流密度を
示す。

制御電流Ｉｃが前記電流値Ｉｃｏを超えると、フラツク
ソイドがジョセフソン接合６の中央部に向かって移動も
始める（円電流であるフラツクソイドは、磁束量子Φ。

＝２×１０−７ｇａｕｓｓｃｍ２の整数倍の磁束でジョ
セフソン接合６の１つの領域を固定する）。

ジョセフソン接合６は渦電流構造状態になる。

すなわち、ジョセフソン接合６は、複数の領域に区分で
き、さらに１つの領域においては、あるまたは他の極性
を有する１つの誘導電流が存在する。

第１図において渦電流構造であるジョセフソン接合６を
通過する輸送電流Ｉｇが、ジョセフソン接合６に沿って
前記渦電流構造を移動させるので、臨界電流Ｉｍは、第
８図の曲線１８に示すように、減少し始める。

この結果、超伝導薄膜電極４，５間に電圧が生じる。

上述のようにして第８図に示す制御特性曲線Ｉｍ＝ｆ（
Ｉｃ）は、凸形になる。

超伝導薄膜電極４に接続する箇所における入力ライン９
の幅Ｗ１がｈより大きい第１図の薄膜タライオトロンに
おいて、制御特性曲線は、第８図の曲線１Ｂに示すよう
に凸形であるが、範囲｜Ｉｃ｜＞Ｉｃｏでは比較的緩か
な下降をなしている。

この理由は、幅の広い入力ライン９がインダクタンスの
小さい超伝導薄膜電極４のストリップに接続する境界部
分に、生ずる電位障壁のために、｜Ｉｃ｜＝Ｉｃｏ時に
ジョセフソン接合６の端の近傍に生ずる渦電流構造がジ
ョセフソン接合６の中央部に早く到達することができな
いからである。

この結果、第８図において、制御電流Ｉｃの増加に伴う
臨界電流Ｉｍには、瞬間的な下降がない。

すなわち制御特性曲線は、矩形と異なる形をなしている
。

第３図に示す薄膜クライオトロンは、制御特性曲線をよ
り矩形に近づけることを可能にするためのものである。

第３図の薄膜クライオトロンの動作は、第１，２図の薄
膜クライオトロンの動作と同じであるが、入力ライン１
１の幅を狭くしてあるのは、フラツクソイドがジョセフ
ソン接合６の端から中央部に移動できにくい障害を減少
させるためである。

ここで指摘したいことは、電流増幅率Ｇは、輸送電流Ｉ
ｇが流れるジョセフソン接合６の領域の長さ（入力ライ
ンの幅で決まる）と範囲｜Ｉｃ｜＜Ｉｃｏにおける誘導
電流が流れるジセフソン接合６の端の領域の長さ（２λ
ｍ）との比に比例するので、入力ライン１１の幅を減ら
すことは、電流増幅率Ｇを減らすことになる。

Ｉｍｏ≦４ｍｊｃ且つＩｃｏ＞２λｍｊｃであるので、
第３図に示す薄膜クライオトロンの電流増幅率Ｇは２以
上にはならない。

第４図に示す薄膜クライオトロンは、第３図の薄膜クラ
イオトロンの場合と同様な制御特性曲線を矩形の形に保
ちながら、さらに十分大きい電流増幅率Ｇを提供するも
のである。

この場合、輸送電流Ｉｇは外部回路から入力ライン１１
，１２，１３を介して流れ、その電流分布は各入力ライ
ン１１，１２，１３のインダクタンスに逆比例するが、
各入力ライン１１，１２，１３の寸法は等しいので、入
力ライン１１，１２，１３の電流分布は同一である。

入力ライン１１，１２，１３は幅が非常に狭く、超伝導
薄膜電極４の境界と制御ライン８との交差する箇所から
十分離れているので、第４図の薄膜クライオトロンの動
作は、第３図の薄膜クライオトロンの動作と似ている。

しかしながら、複数の入力ライン１１，１２，１３の存
在は、制御特性曲線を矩形の形に保ちながら、最大臨界
電流Ｉｍｏを増加させ且つ薄膜クライオトロンの電流増
幅率Ｇを高めさせる（第９図の曲線２０を参照）。

第４図の薄膜クライオトロンにおいて、入力ライン１１
，１２，１３が超伝導薄膜電極４に接続される箇所の各
間隔は、任意に選ぶことができる。

入力ラインの数が一定の場合、前記入力ラインの間隔が
４λｍ以上のときに電流増幅率Ｇは最大となる。

逆に、ジョセフソン接合６０幅Ｗが一定の場合、前記入
力ラインの間隔がλｍ未満のときに電流増幅率Ｇは最大
となり、入力ラインの数は十分大きくなる。

たとえば、電流増幅率ｄがほとんどのものに応用できる
値である４に近い値を得るには、条件Ｗ≧８λｍ，ｎ＝
２で入力ラインの接続間隔は４λｍ以上であることが必
要である。

第５図は２つの制御ライン８，１６を有する薄膜クライ
オトロンを示す。

第５図の薄膜クライオトロンの動作は、第４図の薄膜ク
ライオトロンの動作と同様であるが、第５図の薄膜クラ
イオトロンは、より大きい機能的可能性を有する。

しかしながら第５図の薄膜クライオトロンが、第４図の
薄膜クライオトロンの場合と同様な入力ラインを同数有
し且つ同一に配置しても、第５図の薄膜クライオトロン
の電流増幅率Ｇは第４図の薄膜クライオトロンの電流増
幅率Ｇの半分にすぎない。

これは、制御ライン８，１６のそれぞれによって超伝導
薄膜電極４，５のそれぞれに誘起される誘導電流の一部
しか隣接する超伝導薄膜電極に流れないためである（超
伝導薄膜電極４，５のそれぞれのインダクタンスが等し
いとすれば、誘導電流のほぼ半分が隣接する超伝導薄膜
電極に流れる）。

この結果、フラツクソイドを発生させるために必要な制
御電流Ｉｃｏは、第４図の薄膜クライオトロンに比べて
ほぼ２倍となる。

この第４図の薄膜クライオトロンにおいては、超伝導薄
膜電極４のインダクタンスは超伝導薄膜電極５のインダ
クタンスより非常に大きいので、誘導電流の大部分は超
伝導薄膜電極４から超伝導薄膜電極５に流れる。

上述のことから、電流増幅率Ｇの値４を得るには、Ｗお
よびｈの値は、第４図の薄膜クライオトロンの場合のそ
れぞれの値の２倍の値を選択しなければならない。

第６図に示す薄膜クライオトロンの動作は第４図の薄膜
クライオトロンの動作と似ている。

しかしながら幅広い部分１７の存在は、渦電流構造がジ
ョセフソン接合６の両端に生じる値Ｉ′ｃｏに制御電流
Ｉｃが到達後に臨界電流Ｉｍをより急速に減少させるた
めのものである（第９図の曲線２１を参照）。

超伝導薄膜電極４の両端にある幅広い部分１７の存在は
、超伝導薄膜電極４のインダクタンスを局所的に減少さ
せ且つその減少量を決定し、ジョセフソン接合６０両端
から到達するフラツクソイドに対する電位障壁を発生す
る。

このように、いくらか大きい誘導電流はジョセフソン接
合６の両端に発生して渦状態が発生する。

その代り、幅広い部分を有しない他の実施例に比べて電
流増幅率Ｇは減少する。

誘導電流が臨界値に到達してまもなく、渦電流構造は容
易にジョセフソン接合６の端から中央部に移動する。

この理由は、フラツクソイドが幅広い部分を通過し、イ
ンダクタンスのより大きい超伝導薄膜電極４のストリッ
プの狭い領域に到達後に、フラツクソイドのエネルギー
が減少するからである。

このことは、あたかもフラツクソイドがジョセフソン接
合６の中央部に向かって“転がって”いくようである。

この結果、臨界電流Ｉｍは、制御電流Ｉｃの増加のある
狭い範囲の値内で減少する。

これにより、最も矩形に近い制御特性曲線を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は薄膜クライオトロンの平面図、第２図は第１図
における■−■線の切断図、第３図は狭い入力ラインを
有する薄膜クライオトロンの平面図、第４図は本発明に
係る超伝導薄膜電極の１つに複数の平行な入力ラインを
接続する薄膜クライオトロンの平面図、第５図は本発明
に係る複数の平行な入力ラインと２つの制御ラインとを
有する薄膜クライオトロンの平面図、第６図は本発明に
係る幅広い部分を有する薄膜クライオトロンの平面図、
第７図は本発明に係る薄膜クライオトロンの電流分布図
、第８図は第１図の薄膜クライオトロンの制御特性曲線
図、第９図は第３．４．６図の薄膜クライオトロンの制
御特性曲線図である。 ２・・・・・・超伝導グランドプレーン、４，５・・・
・・・超伝導電極（超伝導薄膜電極）、６・・・・・・
ジョセフソン接合、８・・・・・・制御ライン、９，１
０，１１，１２，１３・・・・・・入力ライン、１７・
・・・・・幅広い部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 薄膜クライオトロンであって、グランドプレーンと
   、該グランドプレーン上に設けられた第１、第２の超伝
   導電極とを具備し、グランドプレーンおよび第１、第２
   の超伝導電極が互いに絶縁され、第１１第２の超伝導電
   極が単一方向に分布するジョセフソン接合によって内部
   接続され且つ第１、第２人カラインを有し、前記薄膜ク
   ライオトロンが、ジョセフソン接合に沿って平行に且つ
   第１の超伝導電極上に延びた少なくとも１つの制御ライ
   ンを具備し、第１、第２の超伝導電極の少なくとも１つ
   がジョセフソン接合に沿って延びるストリップとして形
   成され、第１の入力ラインが、制御ラインと第１の超伝
   導電極の境界とが交差する点から離れ且つジョセフソン
   接合の両端から第１の超伝導電極の幅およびジョセフソ
   ン接合への磁場の侵入度のいずれより大きい距離だけ離
   れた箇所で第１の超伝導電極に傍合され、第１の超伝導
   電極に接続された入力ラインの幅が第１の超伝導電極の
   幅以下である薄膜クライオトロンにおいて、第１の入力
   ライン１１に類似し且つ入力ライン１１に平行に位置す
   る１つ以上の入カライン１２，１３を有することを特徴
   とする薄膜クライオトロン。 ２ 薄膜クライオトロンであって、グランドプレーンと
   、該グランドプレーン上に設けられた第１、第２の超伝
   導電極とを具備し、グランドプレーンおよび第１、第２
   の超伝導電極が互いに絶縁され、第１、第２の超伝導電
   極が単一方向に分布するジョセフソン接合によって内部
   接続され且つ第ｌ、第２入力ラインを有し、前記薄膜ク
   ライオトロンが、ジョセフソン接合に沿って平行に且つ
   第１の超伝導電極上に延びた少なくとも１つの制御ライ
   ンを具備し、第１、第２の超伝導電極の少なくとも１つ
   がジョセフソン接合に沿って延びるストリップとして形
   成され、第１の入力ラインが、制御ラインと第１の超伝
   導電極の境界とが交差する点から離れ且つジョセフソン
   接合の両端から第１の超伝導電極の幅およびジョセフソ
   ン接合への磁場の侵入度のいずれより大きい距離だけ離
   れた箇所で第１の超伝導電極に接合され、第１の超伝導
   電極に接続された入力ラインの幅が第１の超伝導電極の
   幅以下である薄膜クライオトロンにおいて、第１の入力
   ライン１１に類似し且つ入力ライン１１に平行に位置す
   る１つ以上の入カライン１２，１３を有し、第１の超伝
   導電極４が、制御ライン８が第１の超伝導電極４の境界
   に交差する箇所と入カライン１１，１３が第１の超伝導
   電極４に接続する箇所との間に、幅広い部分１７を有し
   、また幅広い部分１７の幅が、ジョセフソン接合６への
   磁場の侵入度λＪおよび第１の超伝導電極４の幅ｈのそ
   れぞれより大きいことを特徴とする薄膜クライオトロン
   。