JPS5928669A

JPS5928669A - ジヨゼフソン電圧標準装置

Info

Publication number: JPS5928669A
Application number: JP57139395A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yamashita; 努山下; Seiichi Naito; 内藤　誠一
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1982-08-11
Filing date: 1982-08-11
Publication date: 1984-02-15
Also published as: JPH0312708B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ジョゼフソン効果を応用したジロゼフソン電
圧欅準装置に関するものである。

ジョゼフソン接合の発生する電圧は、物理定数と接合部
に照射されるマイクロ波の周波数で正確に定オることか
ら、電圧標準として使用されるようになった。従来のジ
目ゼフソン電圧標準装置は、１個のジョゼフソン素子あ
るいは複数個のジョゼフソン素子を単に直列に接続した
回路Ｋ、マイクロ波（周波数ｆ）を加え、（１）式で示
されるような電圧Ｖを得るものである１゜Ｖ＝−’−・ｎｆ　＝ｎｆΦ０（１）ｅただし、ｈニブランクの定数・；電子の電荷ｎ：電圧ステップの数（整数）１５ Φ０；磁束量子＝　２．０７　ｘ　１０　　ｗｂここで
、（り式の関係から得られる電圧■は、マイクロ波の周
波数ｆを１０　ＧＨｚと１７て４、ｎ＝ｊの場合、２０
μＶと極めて小さい。この電圧■を大きくするためには
、周波数ｆを大きくするか、電圧ステ、プの数ｎを大き
くとるかの２つの方法があるが、ｆを大きくするには高
周波技術的に弾府があり、寸たｎを大きくすると、一定
電圧を示す電流域が少なくなって動作余裕（動作マージ
ン）が小さくなるという問題点がある。それ故に、現在
、例えば１ｖ程度の使用し易い大きさの電圧を得る方法
として、ジョゼフソン素子を複数個直列に接続するもの
も提案されているが、この方法は、各素子に独立（Ｃバ
イアスを与えなくてはならず、回路構成が非常に複雑に
なる欠点がある。

ここにおいて、本発明は出力電圧が大きく、かつ電流中
の広いＩ−Ｖ特性を持つ、構成の簡単なジョゼフソン電
圧標準装置を実現しようとするものである。

本発明に係る装置は、自己インダクタンスＬを有しこの
自己インダクタンスしに対して対称に配習され、互いに
直列接続される２以上のジョゼフソン接合を含んで形成
される超伝導ループと、この超伝導ループに直流電流を
流し込む手段と、超伝導ループの自己インダクタンスＬ
に結合する相互インダクタンスＭを介して超伝導ループ
に交流磁界を加えるだめの高周波信号発生手段と、超伝
導ループの両端から所定電圧を取り出すための電圧取り
出し回路とで構成される。

第１図は本発明に係る装置の一例を示す等価的な接続図
である。

図において、Ｌは自己インダクタンス、Ｊ１１Ｊ２はジ
ョゼフソン接合部で、本発明に係る装置においては、互
いに直列接続されたＮ個（Ｎは２以上）のジョゼフソン
接合部Ｊ□、Ｊ２を、自己インダクタンスＬＫ対してそ
れぞれ対称に接続し、これらで超伝導ループ１を形成し
ている。２はこの超伝導ループ１に直流電流Ｉｄを流し
込むリード線、Ｍは自己インダクタンスＬに結合する相
互インダクタンス、３はこの相互インダクタンスＭに接
続するリード線、４は高周波信号発生源で、リード線５
゜相互インダクタンスＭを介して超伝導ル−プ１に交流
磁界な与える。５は超伝導ループ１の両端に接続された
リード線で、端子６１．６２から標準電圧Ｖ８を得る。

Ｍｃ２図は、このように構成した装置の動作説明図であ
る。いま、超伝導ループ１にリード線２を介して直流電
流Ｉｄを流すとともに、旨周波ｍ、４カ・らリード線３
を介して周波数ｆの交流電流’ｒｆを印加する。、ここ
で、互いに直列に接続されたＮ個のジョゼフソン接合部
Ｊ１とＪ２とが、いずれも等しい接合であるものとすれ
ば、接合部Ｊ１と接合部Ｊ２とには、Ｉｄ／２なる直流
電流が流れる。、まだ、Ｎｅ０が超伝導ループ１の内部
に存在しうる条件として、ＬＩｏ＝　Ｎｅ＝ｏとする（
Ｉｏニジ胃ゼフソ／接合の臨界電流値）。

いま、第２図（イ）に示すように、リード線３に矢印に
示すような方向の電流”ｒｆが流れている正の周期では
、相互インダクタンスＭを介して、超伝導ループ１に実
線矢印に示すような電流１ｒｆが流れる１、この状態に
おいて、ジョゼフソン接合部Ｊ１で、ｉ　　＋−”　＞
　Ｉｏとなると、複数ジョゼフソン接ｒｆ　　　　２合間回路の性質によって、Ｎｅ０がこのジョゼフソン接
合部、■□から超伝導ループ１内に侵入する。これによ
って、Ｎｅ０を保存する電流ＩＮが破線矢印に示すよう
に、超伝導ループ１内に流れる。

次匠、第２図（ロ）に示すように、リード線３に矢印に
示すような方向の電流ｌｒｆが流れる負の周期となると
、超伝導ループ１内に０）とは逆方向の電流’ｒｆが流
れる。この状態で、ジョゼフソン接合ｄ部Ｊ２で、−、−＋ｉｒｆ＋ＩＮ＞　Ｉｏとなると、保
存されたＮｅ０けとのジョゼフソン接合部Ｊ２からルー
プ外に排出される。

このようＫして、Ｎｅ０の磁束が、リード線３に加えら
れる信号”ｒｆの周波数ｆに応じて、１回超伝導ループ
１を横切ることから、この超伝導ループ１の両端（端子
６１．６２　）から、（２）式に示すような電圧Ｖｓを
得る仁とができる。

びΦｏ　　　　　　ｈａｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）Ｖｓ
−□　ＮΦｏｆ　ツＮ　２ｅ　ｆＱ）式から明らかなように、出力電圧Ｖｓは、ひとつの
ジョゼフソン接合の発生する電圧のＮ倍となり、互に直
列に接続するジ目ゼアノン接合の数を多くすることによ
って、大きな電圧を得ることができる。

以上の動作を、次に第３図に示すＩｄ　−Ｉｃ特性（し
きい値特性）から再度説明する。、このしきい値特性は
、超伝導ループ１を嚇−のジョゼフソン接合とみなしだ
場合、電圧零で流すことのできる雇人の電流（Ｉｄ／Ｉ
ｏ）を、外部磁界（ＬＩｃ／Φ０）の関数として表わし
たもので、ここでは、ｌ’Ｊ＝４の場合を想定して示す
。

いま、超伝導ループ１に、Ｘｄ　＝　Ｉｏを加えておく
とともに、’ｒｆ　（＝工ｒｆ　ｓｉｎωｔ）もバイア
入Ｉ　Ｃ１と振＋ｌ＋１ｏ程度加えるものとすれば”ｒ
ｆによる磁界が（Ｂ）点に達したとき、ジョセフソン接
合部Ｊ１から４Ｏ。

が浸入し、また、（Ｃ）点に達したとき、ジョセフソン
接合部Ｊ２から４Φ０が排出するもので、これによって
超伝導ループ１から４ζｏｆの電圧が発生する。

いま、固点をｙ軸に沿って変える、すなわち、リード線
２に流す電流Ｉｄを０からＩｏまで変えたとしても、前
記と同様な動作を行ない、電圧値は変化しない１、従っ
て、この超伝導ループ１のＩｄ−Ｖｓ特性は、第４図に
示す通りとなり、工０程度の広い定電圧領域を得ること
ができる。

ここで、直列に接続される′）ヨゼフソン素子の数Ｎを
増加させると、ＬＩｏ　”＝（Ｎ００）／４のために自
己インダクタンスしも増加し、閉回路のインピーダンス
が増加し、ジョセフソン素子の欠点であった低インピー
ダンスの性質も克服でき、マイクロ波（高周波源の出力
）との結合もよくなるという利点も生ずる。

以上説明したように、本発明によれば、大きな定電圧を
工０程度の広い電流領域で得ることのできる、構成の簡
単なジ目ゼフソン電圧標準装置が実現できる。。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置の一例を示す等画的な接続図
、第２図は第１図装置の動作説明図、第３図は第１図装
置のしきい値特性図、第４図はＩｄ−Ｖｓ特性図である
。Ｌ・・・自己インダクタンス、Ｊｌ、Ｊ２・・・）ｖｌ
ｌラフン接合部、１・・・超伝導ループ、２，３．５・
・・リード線、４・・・高周波信号発生源、６１．６２
・・・出力端子。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　自己インダクタンスと２Ｎ個（Ｎは２以上の
整数）のジロゼフソン接合とを含み、自己インダクタン
スに対して互いに直列接続されるＮ個のジロゼフソン接
合が対称となるように接続されて形成される超伝導ルー
プと、仁の超伝導ループに直流電流を流し込む手段と、
前記自己インダクタンスに結合する相互インダクタンス
と、この相互インダクタンスを介して前記超伝導ループ
に交流磁界を加えるだめの高周波信号源と、前記超伝導
ループの両端から所定電圧を取り出す電圧取り出し回路
とを具備したジロゼフソン電圧標準装置。