JPS60109314A

JPS60109314A - 超伝導増巾回路

Info

Publication number: JPS60109314A
Application number: JP21686283A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yamashita; 努山下
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-11-17
Filing date: 1983-11-17
Publication date: 1985-06-14

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】本発明はジョセフソン素子を用いる起伝尋増「１」回路
に関する。

従来この極のジョセフソン素子を用いる超伝導増１］器
としてはたとえば第１図（Ｉｊに示す如く、ジョセフソ
ン系子（Ｊ、）、　（Ｊ＊）及び（Ｊ、）を並列く二配
し、これをインダクタンス（Ｌ、　）で１続させ、これ
に抵抗（ＲＢ）を通すことにより定電流（ＩＢ）を流し
て′ｔ６き、Ｌなるインダクタンス（Ｌ、）と抵抗（Ｒ
，）からなる入力回路に入力電流（■、）を加えること
により、ジョセフソン素子（Ｊ、　）、（Ｊ、　）及び
（Ｊ、）を電圧状態となさしめることにより、定職流（
ＩＢ）の大部分を、Ｌなるインダクタンス（Ｌ、）と抵
抗（ＲＬ）からなる出力回路に分流させてこの電流を出
力とするものが提案されている。

このような項中回路の特性は第１　ｉ　（ｎ）に示すよ
うに入力電流（工・、）によって回路が超伝導状態から
電圧状態に移る（Ｉｌ＋）のしきい値が友化することな
用いており、まず、定電流（Ｉｎ）を流し、回路を超伝
導状態としておく。

このときは（Ｊｌ）、　（Ｊ、）、及び（Ｊ、）は超伝
導状態であるために（ＩＢ）は全てこれらのジョセフソ
ン素子（山バＪ、）（山）を通って接地に流れて出力電
流は零である。

史に入力電流（Ｉ、ｊ）を加えると第１図（Ｉｔ）のＡ
点となりジョセフソン素子（Ｊ、）、　（Ｊ、）、　（
Ｊ、）は電圧状態となるため（ＩＢ）は出力回路にも分
流し出力が表われるが、出力に流れうる最大電流は第１
図（ｎ）よりＩｏ　＝　Ｉｎ　−ＩＢＯとなる。

よってこの増巾器の電流項中率は（Ｉｎ　−１ｎｏン↓
、。

となり、この値が１より大となれば項中作用をもつこと
となる。

このことは第１図（］）のしきい値特性の傾斜が太きく
なる程大きな゛−流利得を得ることとなるが、従来提案
されているような第１図（Ｉ）の様な項中回路では高々
３程度で、この為に次段な駆動できる数も限定され、超
伝導増巾回路の利用１ニ一定の制限を与えてきた。

また、ジョセフソン素子な′電圧状態とする為に、この
ときに発生する亀力消負が大きく、これが増巾器からな
る集積回路の集稙反を制限し、更に増巾器を用いた集積
回路を冷却するためのヘリクム液化機の舵力を大きくし
なくてはならない困難があった。

本発明は超伝導（＝おける磁束振子を用いることによっ
て電流増巾串が極めて大きく、かつ電圧を発圧しないた
めに消量゛唯力が極めて小さな新しい超伝導増巾回路を
提供するもので、その特徴とは、４個の超伝導性インダ
クタンスよりなる超伝導閉回路中を２個の直列ジョセフ
ソン素子で等分割して２個の閉回路となし、各々のし」
回路を１個の超伝導性インダクタンスで、１個のジョセ
フソン素子と２個のインダクタンスを含むような２個の
閉回路に分割して４個の閉回路を構成し、インダクタン
スと結合した所定の入出力回路と、バイアス電流を印加
しうる所定の端子をもつ構造の超伝導増巾回路である。

本実施例を説明する。

第２図は本発明の実施例で、同図において超伝導増［１
ノ回路は超伝導性インダクタンス（Ｌｌ）、（Ｌす。

（Ｌ、）、　（Ｌつによって囲まれる閉回路の中をイン
ダクタンス（Ｌ＝）、　（Ｌ、）及びジョセフソン素子
（ＪＩ）。

（Ｊ、）によって閉回路（１１（２１（ｓ）（４）に分
割し、（Ｌ＠）と結合するインダクタンス（Ｌマ）から
なる入力回路をもち、（Ｌりと結合するインダクタンス
（Ｌ＝）と（Ｌりからなる出力回路ンもち、端子（拓）
、　（Ｂ＝）をバイアス入力とした構成をとる。

この項中回路は第２図（ｎ）に示すように閉口１ａ（ｌ
）。

（２）に正負の磁束振子（Φ。）が入り、１ノ回路（３
１，（Ｊｌ二磁束に子のない状態四と閉回路（ムＪ、　
（２１が磁束に子刀１なく閉口Ｍ（２１１（４ノに正負
の磁束振子のある状態（ハ）の２つの状態を逆ぶことが
でき、これを１ｄ株の０と１に対応させる。

例えは第３図（１）に不すよう（二人力回路に小さな入
力−ｍ（１，）を加えておくと分吸点（０）より（Ｊｔ
　）と（Ｊ、）に（ｚ、）たけ因の矢印の方向（二分流
する。

この状態でバイアス％Ｌｍ（Ｉｎ）をバイアス入力から
印加するとこれによる電流（’ｓ）が因の矢印の方向に
流れる。

（Ｊ、）においては（龜、）と（Ｌ、）は互いに引き算
となるため全電流は少なくなり（Ｊ、）では加算されて
全電流は犬さくなるため（Ｉｎ）を増加してゆくと最初
に（Ｊｌ）の臨界電流値（１０）に達するのは（Ｊ、）
で、（Ｊ婁）の全電流（ｚ、　十ＬＢ）が（１ｏ）を超
すと第３図（…）に示すように閉回路（３バ４）に各々
、負と正の磁束量子（−Φ。）と（Φ０）を発生する。

閉回路（４）に発生した磁束振子を保持する電流（１０
）はインダクタンス（Ｌ・）を流れるためこれと結合し
たインダクタンス（Ｌ・）に電流を誘起させ、これによ
り出力インダクタンス（Ｌ・）に（１，）より大きな出
力′＠流（１！１）が視れる。

この状態は入力１１４（１，）をとり去っても持続する
ようインダクタンスと（工・）をえらぷ。

例えば第４図のようにＮｏ　＝　１００μＡ、　Ｌ凰＝
Ｌ。

＝　Ｌｓ　＝　Ｌ４＝Φ、／２１．　、　Ｌｓ　＝　Ｌ
ｅ　＝　Ｌｑ　＝　Ｌ−＝Ｌ・＝Φ、／１．とすると入
力電流（工１）と（Ｉｙ）の特性は第５図のようになり
、入力電流の正負によって出力゛電流は一定の値±０．
５Ｉｏとなり、（１，）がどのように小さな値でも正負
を品別することが可能で従って極めて大きな増巾率を得
ることができる。

第６図（■バ■）は本発明（二よる塊・巾回路の計算機
解析の結果の一例でジョセフソン素子の抵抗（Ｒｎ）　
＝３　ｍＶ／Ｉｏとしたときのバイアス電流（Ｉｂ）、
接合電流（１，ａ）、（１，ｓ）−及び出力電流（Ｉ！
Ｉ）の時間変化を示している。

第６図（１）は入力電流１．＝０．０５Ｉ・を加えてお
きこれにバイアス電流（Ｉｂ）を５１−が加えた時の出
力電流（工、）の変化を示すものでＩｙ＝０．５Ｉ・が
最終的にえられる。

従ってこの場合、電流増巾率は１０倍である。

この回路のスイッチング時間は２・３６　ｐｓｅｃと極
めて速く、また、スイッチングを行うときのみ電圧を発
生するのみで、定常状態では電圧は発生せず従って消質
電力が極めて小さい、また本回路は超伝導性インダクタ
ンス（Ｌυ、　（Ｌ、）、　（Ｌ、）、　（Ｌ、）によ
り囲まれているため外部からの磁気的雑音はジョセフソ
ン素子（Ｊｌ）と（Ｊ、）に影響することが少ない利点
も有している。

以上本発明によれば、４個の超伝導性インダクタンスよ
りなる組伝尋閉口路中を２個の直列ジョセフソン素子で
等分割して２個の閉回路となし、各々の閉回路を１個の
超伝導性インダクタンスで、１個のジョセフソン素子と
２個のインダクタンスを含むような２個の目」回路も二
分割して４個の閉回路を構成し、インダクタンスと結合
した所定の人出回路と、バイアス電流を印加しうる所定
の端子をもつ構造の起伝導項中回路としたから、電流堀
・巾率が極めて大きく、かつ電圧を発生しないために消
暫亀力が極めて小さな新しい超伝棉増巾回路を提供する
ことになる。

【図面の簡単な説明】

弗１１＆（ＩＪは従来の増巾回路構成図、第１１叩をよ
その特性図、第２図（Ｉ）は不超伝導増巾回路の構成図
、倒３２図（Ｉｔ）はその磁束量子状態図、第３図（Ｉ
）　（Ｉｆ）　）よその回路説明図、第４図はその特性
図、＠ｉ、　５　［Ｊ　）よその特性図％Ｍ６１Ｅ（Ｉ
バ…）はその計′に機解析結果図である。（Ｌ、）　（Ｌ重）（Ｌ＝）　（Ｌ４）（Ｌ＝　）　（
Ｌ＝）　（Ｌ丁）（Ｌ・バＬ・）・・　超伝導性インダ
クタンス、（Ｊ、）（Ｊ、）・・ジ冒セフソン素子、（
Ｂｔ）（Ｂ、）・・端子、（１）（２バ３）（４１・・
閉回路。昭和５８年１１月１７日出馳人　山　下　努゛ネ２．りの（Ｔ）Ｂ１７１９−（Ｉｎ）７Ｍ１）］グ脈

Claims

【特許請求の範囲】

４個の超伝導性インダクタンスよりなる超伝導閉回路中
を２個の直列ジョセフソン素子で等分割して２個の閉回
路となし、各々の閉回路を１個の超伝導性インダクタン
スで、１個のジョセフソン素子と２個のインダクタンス
を含むような２個の閉回路に分割して４個の閉回路を構
成し、インダクタンスと粘合した所定の入出力回路と、
バイアス電流を印加しうる所定の端子をもつ構造の超伝
導増巾回路。