JPS62181478A - ソリトンパルス発振器 - Google Patents

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】 ←産業上の利用分野） 本発明龜超伝廊ソリトン嗜デバイスにおけるソリトンｔ
ｌ−用いたソＩ）　ｌ−ンパルス発振器に関する。

（従来の技術） 従来、ジ首セ７ソンソリトンを用いて、発振器を構成し
た例が、文献［第１６回向体素子コンファレンス予敲集
Ｊ　（１９８４年）の６３１頁に掲載されている油井ら
による論文［フラクンン　デバイスイズ（Ｆ’１ｕｘｏ
ｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　）　Ｊに報告されている。

９３図はこの従来例のジョセフソン線路を斜視図で示し
た構成図で、３３はリングをなすジョセフソン線路の上
部電極、３４はトンネルバリア、３５はジョセフソン線
路の下部電極、３６．３７は抵抗％３８はバイアス電流
供給線、８はパルス発生回路、４０は出力端子を表わす
。

このパルス発生回路８よυパルスが入力されると、ソリ
トン（＠束童子）が発生し、バイアス電流１砂のために
ローレンツ力を受けてリング内を矢印で示された方向に
進む。ソリトンはリングを一周した後ｈｕの特性４ンビ
ーダンスに等しいインピーダンスの抵抗３６を通過し１
、抵抗３７から出力端子４０に電圧パルスの出力を生成
し、再びリング内を矢印の方向に進杓する。この様にし
てソリトンはリング内を進行し続け、抵抗３７の場所全
通過するたびにパルスを抵抗３７から出力する。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来のゾリドンパルス発生回路では、発掘器
を構成するのにリング状のジョセフソン線路を設りる必
要があり、占有面積が大きくなるという欠点があった。

本発明の目的は、このような欠点を除き、ジョセフソン
線路のオープン端での反射を利用することにより、直線
状のジョセフソン線路を用いて占１面槓の小さいゾリド
ンパルス発振器を提供することにある。

（問題を解決するための手段） 本発明のゾリドンパルス発振器の構成は、バイアス電流
供給餓を備えた第１．第２の超伝尋体とこれら超伝碑体
の曲のトンネルバリアとから成るジョセフソン線路と、
このジョセフソン線路の一端にこの線路の特性インピー
ダンスより十分に高いインピーダンス１−［する抵抗″
！たは伝送線を介して接続されたパルス発生回路と、前
記ジョセフソン線路の他端に接続されこの線路の特性イ
ンピーダンスより十分に高いインピーダンスを有する出
力線と金含むことを特徴とする。

（作用） 本発明では、ソリトンをジョセフソン線路の両端で反射
脇せて往復運動を起こ烙せることにより、連続発振を実
現する。発掘に必要なエネルキーはバイアス電流より供
給される。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を説明する栴成図、第２図は
第１図の等価回路図である。図中、■は第１の超伝導電
極、２は第２の超伏２４ｍ極、３はトンネルバリア、４
〜７は線路の特性インピーダンスより十分インピーダン
スの高い抵抗、８はパルス発生回路、９．ｌＯは出力漏
子、１１はバイアス−；流供ＩｖＣＦ氷を表わす。

不実施例の動作を第２図を用い１説明する。第２図にお
いて、１２〜１５はインダクタンス、１６〜２０はジョ
セフソン接合、２５〜２９は線路の特性インピーダンス
より十分にインピーダンスの高い抵抗または伝送線を介
して供給されるバイアス電流を表わす。第１図における
ジョセフソン線路Ｍ路が、インダクタンス１２〜１５、
ジョセフソン接合１６〜２０により表わされている。

なお、パルス発生回路８に関しては、雑誌「アゲライド
　フィジックスレター（Ａｐｐｌ　ｉ　ｅｄ　Ｐｈｙｓ
ｉ　−ｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　）　Ｊ　、　３６巻１０
０５頁（１９８０年）の７７すｘ（ＳＪＩ、）ａｒｒｉ
ｓ　）による論文「ジェネレーションΦアンド・メジャ
ーメントψオブ・アルトラショート・カレント・パルス
イズφウィズ争ジ町セフンン・デバイスイス（Ｇｅｎｅ
ｒａｔｉｏｎａｎｄ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　
Ｕｌｔｒａｓｈｏｒｔ　ＣｕｒｒｅｎｔＰｕｌｓｅｓ　
ｗｉｔｈ　Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ　１Ｊｅｖｉｃｅｓ　）
　Ｊ等の報告にある回Ｔ；１！ｒを採用することかでさ
る。

このパルス発生回路８ニジ電圧パルスが入力すれると、
ジョセフソン接合１６が電圧状態となシ。

巡回電流が実線方向に発生する。この場合、ジョセフソ
ン接合１７はこの巡回電流とバイアス電流２６とが重ね
合わせで流れるため、電圧状態となる一方、接合１６は
超伝真状態に戻る。かくして、巡回ｔ、流によって形成
される磁束量子でおるソリトンは、インダクタンス１２
．接合１６，１７より構成されるループ回路からインタ
フタンス１３、接合１７．１８より構成されるループ回
路へと移動する。同様の動作を繰り返して、ソリトンは
インダクタンス１５．接合１９．２０より構成されるル
ープ回路へと進行する。すると接合２０か電圧状態とな
り、抵抗６．７に出力がなされる。

同時に、ジョセフソン線路と出力線９，１０のインピー
ダンスのミスリッチのために、巡回電流の反射が起こシ
、破巌で表わされた巡回’ｔ１．Ｒが発生する。この巡
回電流によって形成されるソリトン社バイアス電流２５
〜２９によって、このような動作金繰シ返して、インダ
クタンス１２．接合１６゜１７より搗成されるルーズ回
路まで移動する。抵抗４．５がジョセフソン線路とイン
ビータ“ンスのミスマツチｒ起こしているので、やはり
巡回電流の反射か起こる。ソＩＪ　）ンはこの往復運ｒ
１１Ｊを繰シ返し、出力端には周期パルスが生成される
。

このパルス発生回路によυ出力されるパルスの周期及び
大きさケよ、損失のあるジョセフソン線路中をバイアス
電流によってローレンツカを受ケつつ進行するソリトン
の速度から計算される。このンＩＪ　）ンの速度はジョ
セフソン線路の電気的性質を表わすパラメータ及びバイ
アス電流密度によって表わされる。これに対しては、ナ
トー　ニーニス　　アイ　シリーズ（ＮＡＴＯＡＳＩ　
　５ｅｒｉｅｓ）の図書「アドパンスイズ　イン　スー
パーコンダクティビテ４　（Ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　
　５ｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃ　−ｔｉｖｉｔｙ　）　Ｊの
ペダーセン（Ｐｅｄｅｒｓｅｎ　）による議論がある。

それによれは、バイアス電流線密度をＪ　（Ａ／ｍ　）
　。

単位長さ当たシのジョセフソン線路のインダクタンスｉ
ｆ、（）４７ｍ）、単位長さ当たシのジョセフソン接合
のキャパシタンスをＣ（Ｆ／ｍ　）　、単位長さ当たり
のジョセフソン接合の臨界電流値を１ｏｒＡ／ｍ〕、単
位長さ当タシのジョセフソン接合のコングクタンス全１
／１も〔１／Ωｍ〕　、単一磁束童子をΦ０とすると、
ソリトンの速度は次のようになる。

このゾリドンパルス発振器の発振周期Ｔは、ジョセフソ
ン線路の長さをｔ　〔ｍ）とすると次式になる。

また発生する最大の電圧は次式で与えられる。

前述の油井らの報告によれば、窒化ニオブで作成された
ジョセフソン線路について、シートインダクタンス０．
６９ｐＨ／口、７−トキヤバ７タンス１．２　Ｘ　Ｉ　
Ｏ”−１Ｆ／７．臨界電流密実１．９Ｘ１０７Ａ／扉接
合のサブギャッフ〜抵抗４．６ＸＩＯΩＲである。これ
らのデータを用いると、ソリトンの速度は次のようＫな
る。

３．５ＸｌＯ’ 但し、Ｊｏは臨界電流線密度に対した臨界電流密度であ
り、このＪ。とじて１．０ＸＩＯＡ／ｒｒ？　を選ぶと
、ｖ、ｘ＝　３．５Ｘ　ｌ　０６ｍ　／　Ｓ　、　７リ
トンハルス発振器のジョセフソン線路の長さを５．０×
ｌＯ”−５ｍ（＝５０μｍ）とすると、’ｌ’＝１９￥
ｌＱ−”５ｅＩｃ（＝　２９　ｐｇｅｃ）　、である。

また、発生する最大の電圧はＶｍａｘ　”’　Ｌ　ＯＸ
　Ｉ　Ｏ”　Ｖ　（”　１０　ｒｎ　Ｖ　）である。

これらの数字はあくまで本実施例の発振器の性能の目安
金与えるだけで１、異なる材料を用いて、あるいは同じ
材料でも組成やトンネルバリアの厚さ等の構造を変化嘔
せることにより、異なる特性を得ることか可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、従来の発振器はリング状のジ目セ
フンンｌｆＭ路を構成する必要があったが、本発明によ
れは、内線状のジョセフソン線路により発倣器力・構成
できるため、占１面槓を縮少できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した構成図、第２図は本
実施例の動作原理を説明する等価回路図、第３図は従来
のゾリドンパルス発振器の一例を示した構成図である。 １．２，３３．３５・・・・・・ジョセフソン線路電極
、３．３４・・・・・・トンネルバリア、１２〜１５・
・・・・・インダクタンス％４〜７　、３６　、３７・
・・・・・抵抗、８・・・・・・パルス発生回路、１６
〜２０・・・・・・ジョセフソン接合、１１．２５〜２
９．３８・・・・・・バイアス１．光供給端子。 ＼、ンーー・ｉソ ４ン　　り　　凹 ｆ；３　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. バイアス電流供給線を備えた第１、第２の超伝導体とこ
   れら超伝導体の間のトンネルバリアとから成るジョセフ
   ソン線路と、このジョセフソン線路の一端にこの線路の
   特性インピーダンスより十分に高いインピーダンスを有
   する抵抗または伝送線を介して接続されたパルス発生回
   路と、前記ジョセフソン線路の他端に接続されこの線路
   の特性インピーダンスより十分に高いインピーダンスを
   有する出力線とを含むことを特徴とするゾリドンパルス
   発振器。