JPS5981563A - ジョセフソン接合素子を用いた電磁波検出方法 - Google Patents
ジョセフソン接合素子を用いた電磁波検出方法Info
- Publication number
- JPS5981563A JPS5981563A JP19228882A JP19228882A JPS5981563A JP S5981563 A JPS5981563 A JP S5981563A JP 19228882 A JP19228882 A JP 19228882A JP 19228882 A JP19228882 A JP 19228882A JP S5981563 A JPS5981563 A JP S5981563A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electromagnetic wave
- junction elements
- series
- energy
- josephson junction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
- G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
- G01R29/0878—Sensors; antennas; probes; detectors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明に１ソヨセフンン接合素子を用いた電磁波検出装
置ｉｔ Ｋ関する。
置ｉｔ Ｋ関する。
ノヨセフンン接合素子を用いた電磁波検出装置は、マイ
クロ波、ミリ波、遠赤外領域で最も感度が良く、応答の
速い広帯域検出装置である。−酸化炭素、エチールアル
コール等の足間分子からの極微弱電波を検出するための
へテロゲイン検出器（ミキサー）として、ソヨセフンン
接合素子を用いる開発研究が活発にす＼められている。
クロ波、ミリ波、遠赤外領域で最も感度が良く、応答の
速い広帯域検出装置である。−酸化炭素、エチールアル
コール等の足間分子からの極微弱電波を検出するための
へテロゲイン検出器（ミキサー）として、ソヨセフンン
接合素子を用いる開発研究が活発にす＼められている。
従来のノヨセフソン接合素子を用いた電磁波検出装置と
しては、超伝導電子対のトンネル効果を用いるジョセフ
ンンミキザーと、準粒子のトンネル電流によるミキサー
とがある。図１（ａ）は前者の、図１（ｂ）は後者の電
圧・電流特性をそれぞれ示す。
しては、超伝導電子対のトンネル効果を用いるジョセフ
ンンミキザーと、準粒子のトンネル電流によるミキサー
とがある。図１（ａ）は前者の、図１（ｂ）は後者の電
圧・電流特性をそれぞれ示す。
ＡｉＪ者ではバイアス電圧が±０．５ｍＶ以下で、後者
では２９〜４７゜５ｍＶでそれぞれＩＦのピークが観測
されている。
では２９〜４７゜５ｍＶでそれぞれＩＦのピークが観測
されている。
本発明者等は、ソヨセフンン接合素子を用いた電磁波検
出装置につき、鋭意開発研究を重ねた結果、Ｎ個（整数
個）のソヨセフンン接合素子を直列に接続してバイアス
電圧Ｖが、 たソし、ｈｗ：電磁波のフォトン（量子）エネルギー ２Δ（Ｔ）：超伝導体のエネルギーギャップｅ ：電子
の電荷 なる条件を満足する場合、図１（ｂ）に示すような電圧
・電流特性が観測され、電磁波検出装置として感度が非
常に増大することを実験的に確認することができた。
出装置につき、鋭意開発研究を重ねた結果、Ｎ個（整数
個）のソヨセフンン接合素子を直列に接続してバイアス
電圧Ｖが、 たソし、ｈｗ：電磁波のフォトン（量子）エネルギー ２Δ（Ｔ）：超伝導体のエネルギーギャップｅ ：電子
の電荷 なる条件を満足する場合、図１（ｂ）に示すような電圧
・電流特性が観測され、電磁波検出装置として感度が非
常に増大することを実験的に確認することができた。
更（Ｃ一般的には、
ただし、ｍ二１．２．３・・曲、ｎ＝Ｑ、±１、±２、
・・・の条件が満足され＼ば良いことが確認された。す
なわち（２）式から、 であるので、（１）式の榮件は許容範囲をもっているこ
とになる。したがって、ジョセフソン接合素子を直列接
続する個数Ｎは（１）式から４Δ／ｈｗ に近い整数
に選べば充分であることが判った。
・・・の条件が満足され＼ば良いことが確認された。す
なわち（２）式から、 であるので、（１）式の榮件は許容範囲をもっているこ
とになる。したがって、ジョセフソン接合素子を直列接
続する個数Ｎは（１）式から４Δ／ｈｗ に近い整数
に選べば充分であることが判った。
本発明は上記知見に基づくものであって、前述の従来装
置とは動作原理の異なる新しい電磁波検出装置を提供す
ることを主たる目的とする。
置とは動作原理の異なる新しい電磁波検出装置を提供す
ることを主たる目的とする。
本発明の他の目的は検出感度に優れた電磁波検出装置を
提供するにある。
提供するにある。
これらの目的を達成させるだめの本発明の特徴は、（１
）式から明らかなようにＩ’Ｎ＝４△／ ｈ ｗ で
あるので）、電磁波のフォトン・エネルギー（ｈＷ）１
６列する超伝導体のエネルギーギャツ７°（２△）の２
倍の比に近い整数個（Ｎ）のジョセフソン接合素子を直
列接続して構成する点にある。
）式から明らかなようにＩ’Ｎ＝４△／ ｈ ｗ で
あるので）、電磁波のフォトン・エネルギー（ｈＷ）１
６列する超伝導体のエネルギーギャツ７°（２△）の２
倍の比に近い整数個（Ｎ）のジョセフソン接合素子を直
列接続して構成する点にある。
９下、本発明を実施例により詳しく説明する。
図２ｖｃ１１５ＧＨｚ のミリ波検出のために製作した
本発明装置の一例を示す。基板１上に１１個のソヨセフ
ンン接合素子２を直列接続して構成したものである。３
は電極、４は保護リードであって内装時に切断して使用
される。
本発明装置の一例を示す。基板１上に１１個のソヨセフ
ンン接合素子２を直列接続して構成したものである。３
は電極、４は保護リードであって内装時に切断して使用
される。
ｆｘお、素子の超伝導体がＮｂ で動作温度が４．２に
の場合、エネルギーギャツ７′″２Δ＝２゜３ ｍ６Ｖ
。
の場合、エネルギーギャツ７′″２Δ＝２゜３ ｍ６Ｖ
。
１１５ ＧＨｚのミリ波のフォトン・ネルギーｈｗ＝０
．４７５であるので、（１）式からＮ＝４Δ／ｈｗ＝１
１．７８４５となる。したがって、素子の個数Ｎは１１
又は１２として選定される。
．４７５であるので、（１）式からＮ＝４Δ／ｈｗ＝１
１．７８４５となる。したがって、素子の個数Ｎは１１
又は１２として選定される。
図６に素子２を拡大して示す。この素子は先に本発明者
の一人が開発した準平面型のジョセフソン接合素子（特
開昭５７−７８１８７号）である。
の一人が開発した準平面型のジョセフソン接合素子（特
開昭５７−７８１８７号）である。
基板１上にＮｂ の薄膜から々る上下の超伝導体層５．
６が、それらの間の絶縁体層（５ｉ０２ ） ７の厚み
側面７′、７“を介して弱結合部８によシ結合されたも
のである。
６が、それらの間の絶縁体層（５ｉ０２ ） ７の厚み
側面７′、７“を介して弱結合部８によシ結合されたも
のである。
図２の装置で得られた電圧・電流特性は、図１（ｂ）に
示されているように、ヒステリシスをもっていない。こ
の特性はｉ Ｑ ｉ ＧＨｚのミリ波を用いて測定した
ので、その動作バイアス電圧Ｖは（１）式から・ ｈＷ Ｖ＝ Ｎ −−＝１１Ｘ２［］８．７ＡＶ＝２．２９６
ｍＶと々す、［ス示の如＜２．２９６ｍｖの近傍に定電
圧ステップが観４１１ｊさハてふ・シ、中間周波出力Ｉ
Ｆのピークの最大値もこの附近にある。
示されているように、ヒステリシスをもっていない。こ
の特性はｉ Ｑ ｉ ＧＨｚのミリ波を用いて測定した
ので、その動作バイアス電圧Ｖは（１）式から・ ｈＷ Ｖ＝ Ｎ −−＝１１Ｘ２［］８．７ＡＶ＝２．２９６
ｍＶと々す、［ス示の如＜２．２９６ｍｖの近傍に定電
圧ステップが観４１１ｊさハてふ・シ、中間周波出力Ｉ
Ｆのピークの最大値もこの附近にある。
この測定結果から、本発明の検出装置が（１）式の条件
を満足することにより極めて高感度の電磁波検出を行え
ることが理解される。また図１（ｂ）において、ＶセＮ
−とＶ−Ｎ２リ−のＩＦピーク（Ａ）、ｗ ｅ２ｅ （Ｂ）は、いずれも１＋ｎＶす、下のＩＦピークよりも
はるかに大きく、従来装置で得られる図１（ａ）とは非
常に異っている。更に図１（ｃ）は大きなヒステリシス
ヲモつ薄膜トンネル接合のＤＣソヨセフンンを流を磁場
でクウェンチ（ｑｕｅｎｃｈ ） して行われるもの
であり、本発明で得られる特性とは大きく異なっている
ことが理解される。
を満足することにより極めて高感度の電磁波検出を行え
ることが理解される。また図１（ｂ）において、ＶセＮ
−とＶ−Ｎ２リ−のＩＦピーク（Ａ）、ｗ ｅ２ｅ （Ｂ）は、いずれも１＋ｎＶす、下のＩＦピークよりも
はるかに大きく、従来装置で得られる図１（ａ）とは非
常に異っている。更に図１（ｃ）は大きなヒステリシス
ヲモつ薄膜トンネル接合のＤＣソヨセフンンを流を磁場
でクウェンチ（ｑｕｅｎｃｈ ） して行われるもの
であり、本発明で得られる特性とは大きく異なっている
ことが理解される。
以−にの説明では省略したが、本発明の電磁波検出装置
には、局部発振器が含まれている。また周知のビデオ検
出法と呼ばれる動作方式で使用することもできる。すな
わち、本発明にしたがって直列接続したジョセフンン接
合累子に電磁波信号を照射し、該素子にマイクロ波誘起
の定電圧ステンゾ電圧の整数倍の電圧を与えるバイアス
電流を流して、入射する電磁波電力の変化によるバイア
ス電圧の変化を検出することによって電磁波の検出を行
う。また、本発明にしたがって直列接続したソヨセフン
ン接合素子に電磁波信号と別の所定同波数の電磁波信号
とを照射し、周波数変換した出力信号を検出することに
よって電磁波信号の検出が行われる。
には、局部発振器が含まれている。また周知のビデオ検
出法と呼ばれる動作方式で使用することもできる。すな
わち、本発明にしたがって直列接続したジョセフンン接
合累子に電磁波信号を照射し、該素子にマイクロ波誘起
の定電圧ステンゾ電圧の整数倍の電圧を与えるバイアス
電流を流して、入射する電磁波電力の変化によるバイア
ス電圧の変化を検出することによって電磁波の検出を行
う。また、本発明にしたがって直列接続したソヨセフン
ン接合素子に電磁波信号と別の所定同波数の電磁波信号
とを照射し、周波数変換した出力信号を検出することに
よって電磁波信号の検出が行われる。
以上詳述したように本発明の電磁波検出袋Ｗは、（１）
式からＮご４△（Ｔ）／ｈｗに近い整数個のノヨセフン
ン接合素子を直列接続して構成することにより、極めて
高感度の電磁波検出を行うことができるので有用である
。
式からＮご４△（Ｔ）／ｈｗに近い整数個のノヨセフン
ン接合素子を直列接続して構成することにより、極めて
高感度の電磁波検出を行うことができるので有用である
。
図１（ａ）及び図１（Ｃ）は従来の電磁波検出装置で得
られた電圧・電流特性の一例を示す。図１（ｂ）は本発
明の電磁波検出装置で得られた電圧・電流特性の一例を
示す。 図２は本発明の一例を拡大して示す平面図。図３は本発
明に用いたジョセフンン接合素子の一例を拡大して示す
斜視図。 図中ノ符号：１・・・基板、２・・・ソヨセフンン接合
素子、３・・・電極、５．６・・・超伝導体１．７・・
・絶縁体層、７１ 、’７７／・・・絶縁体層の厚み＠
］］面、８・・・弱結合部 特許用願人：理化学研究所 郵政省電波研究所
られた電圧・電流特性の一例を示す。図１（ｂ）は本発
明の電磁波検出装置で得られた電圧・電流特性の一例を
示す。 図２は本発明の一例を拡大して示す平面図。図３は本発
明に用いたジョセフンン接合素子の一例を拡大して示す
斜視図。 図中ノ符号：１・・・基板、２・・・ソヨセフンン接合
素子、３・・・電極、５．６・・・超伝導体１．７・・
・絶縁体層、７１ 、’７７／・・・絶縁体層の厚み＠
］］面、８・・・弱結合部 特許用願人：理化学研究所 郵政省電波研究所
Claims (4)
- （１）電磁波のフォトン・エネルギーに対する超伏４
体のエネルギーギャップの２倍の比に近い整数個の直列
のジョセフンン接合素子を含むことを特徴とする電磁波
検出装置。 - （２） 電磁波のフォトン・エネルギーに対する超電
導体のエネルギーギャップの２倍の比に近い整数個の直
列のジョセフンン接合素子と、局部発娠器とを含むこと
を特徴とする電磁波検出装置。 - （３）電磁波のフォトン・エネルギーに対する超伝導体
のエネルギー、ギャップの２倍の比に近い整数個の直列
のソヨセフノン接合素子に電磁波信号を照射し、前記の
ソヨセフンン接合素子にマイクロ波誘起の定電圧ステッ
プ電圧の整数倍の電圧を与えるバイアス電流を流して、
入射する電（６波電力の変化によるバイアス電圧の変化
を検出することを特徴とする電磁波の検出方法。 - （４） 電磁波のフォトン・エネルギーに対する超伝
導体のエネルギーギャップの２倍の比に近い整数個の直
列のノヨセフンン接合素子に電磁波信号と別の所定周波
数の電磁波信号とを照射し、周波数変換した出力信号を
検出することを特徴とする電磁波信号検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19228882A JPS5981563A (ja) | 1982-11-01 | 1982-11-01 | ジョセフソン接合素子を用いた電磁波検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19228882A JPS5981563A (ja) | 1982-11-01 | 1982-11-01 | ジョセフソン接合素子を用いた電磁波検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5981563A true JPS5981563A (ja) | 1984-05-11 |
| JPS6342753B2 JPS6342753B2 (ja) | 1988-08-25 |
Family
ID=16288782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19228882A Granted JPS5981563A (ja) | 1982-11-01 | 1982-11-01 | ジョセフソン接合素子を用いた電磁波検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5981563A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5753935A (en) * | 1990-03-26 | 1998-05-19 | Nippon Steel Corporation | Superconductive tunnel junction array radiation detector |
-
1982
- 1982-11-01 JP JP19228882A patent/JPS5981563A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5753935A (en) * | 1990-03-26 | 1998-05-19 | Nippon Steel Corporation | Superconductive tunnel junction array radiation detector |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6342753B2 (ja) | 1988-08-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Giaever | Detection of the ac Josephson effect | |
| Kashiwagi et al. | Efficient fabrication of intrinsic-Josephson-junction terahertz oscillators with greatly reduced self-heating effects | |
| Niemeyer et al. | Microwave‐induced constant‐voltage steps at one volt from a series array of Josephson junctions | |
| US4970395A (en) | Wavelength tunable infrared detector based upon super-schottky or superconductor-insulator-superconductor structures employing high transition temperature superconductors | |
| Taylor et al. | On the use of the ac Josephson effect to maintain standards of electromotive force | |
| Gibson et al. | Properties of amorphous germanium tunnel barriers | |
| EP1213774B1 (en) | Optical superconducting device | |
| US5347143A (en) | Tunnelling barrier between two non-tunnelling superconductor-insulator-controlling superconductor-insulator-superconductor structures | |
| JP5076051B2 (ja) | 電磁波検出素子およびそれを用いた電磁波検出装置 | |
| Kume et al. | On-chip spectroscopic detection of terahertz radiation emitted from a quasiparticle-injected nonequilibrium superconductor using a high-T c Josephson junction | |
| JPS5981563A (ja) | ジョセフソン接合素子を用いた電磁波検出方法 | |
| Kishimoto et al. | High resolution X-ray detection by Nb-based STJ and 4-JFETs low noise amplifier | |
| Aghdam et al. | Specific Capacitance Dependence on the Specific Resistance in Nb/Al–AlOx/Nb Tunnel Junctions | |
| Palmer et al. | Quantum interference effects in high‐transition‐temperature thin‐film materials | |
| Lyatti et al. | Signal and noise characteristics of terahertz frequency-selective and broadband high-$ T_ {c} $ Josephson detectors | |
| Deutscher et al. | Granular aluminum SQUID’s | |
| Shitov et al. | On‐chip radiation detection from stacked Josephson flux‐flow oscillators | |
| Ariyoshi et al. | Nb-based superconducting tunnel junctions as submillimeter-wave direct detectors | |
| Constantinian et al. | Shot noise in YBCO bicrystal Josephson junctions | |
| Prince et al. | Direct detection at FIR frequencies with niobium tunnel junctions | |
| Matrozova et al. | Influence of YBaCuO Josephson Junction Parameters on the Characteristics of a Broadband Detector | |
| JP2737007B2 (ja) | 信号検出器 | |
| Javadzadeh et al. | TLS Noise Reduction and Sensitivity Improvement of the Microwave Kinetic Inductance Detectors | |
| Dettmann et al. | The influence of vanadium oxide on the properties of Josephson tunnel junctions | |
| Constantinian et al. | Microwave dynamics of YBCO bi-epitaxial Josephson structures |