WO2010013294A1 - 圧力によって超伝導体から絶縁体へ遷移する超伝導体薄膜を用いた圧力検出装置、ジョセフソン素子および超伝導量子干渉計 - Google Patents

圧力によって超伝導体から絶縁体へ遷移する超伝導体薄膜を用いた圧力検出装置、ジョセフソン素子および超伝導量子干渉計 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a pressure detection device, a Josephson element, and a superconducting quantum interferometer using a superconductor thin film that transitions from a superconductor to an insulator by pressure.
  • This Josephson element has a structure in which two ceramic superconductors are joined through an open wall. A pressure is then applied to the wall opening so that the two ceramic superconductors do not separate.
  • the pressure detection device includes a container, a plurality of thin films, and a detector.
  • the container is maintained at an absolute temperature of 10K or less.
  • the plurality of superconductor thin films are disposed in the container, and the critical pressures for transition from the superconductor to the insulator are different from each other.
  • the detector detects a superconductor thin film that has transitioned from a superconductor to an insulator among a plurality of superconductor thin films, and the maximum critical pressure among the detected critical pressures of the superconductor thin film is stored in the container. Detect as pressure.
  • the pressure detection device may further include a plurality of first and second electrodes.
  • the plurality of first electrodes are provided corresponding to the plurality of superconductor thin films, and each is connected to one end of the corresponding superconductor thin film.
  • the plurality of second electrodes are provided corresponding to the plurality of superconductor thin films, and each is connected to the other end of the corresponding superconductor thin film.
  • a detector detects the electric current which flows between the 1st and 2nd electrode arrange
  • the plurality of superconductor thin films may be composed of a plurality of CuIr 2 S 4 having different additive amounts.
  • the Josephson device includes a superconductor thin film and a pressure applicator.
  • the superconductor thin film is kept at an absolute temperature of 10K or less and is made of CuRh 2 S 4 .
  • the pressure applicator applies a pressure equal to or higher than a critical pressure at which transition is made from a superconductor to an insulator on a part of the superconductor thin film.
  • the pressure applicator may include a plurality of protruding members and a pressing member.
  • the pressing member presses the plurality of protruding members against a part of the superconductor thin film.
  • the pressing member may be composed of an electrostrictive element or a piezoelectric element.
  • the pressure applicator may be composed of an electrostrictive element disposed in contact with a part of the superconductor thin film.
  • the superconducting quantum interferometer includes a superconductor thin film and first and second pressure applicators.
  • the superconductor thin film has a ring shape and is made of CuRh 2 S 4 held at an absolute temperature of 10K or less.
  • the first pressure applicator applies a pressure equal to or higher than a critical pressure at which transition is made from the superconductor to the insulator on the first portion of the superconductor thin film.
  • the second pressure applicator applies a pressure equal to or higher than the critical pressure to a second portion different from the first portion of the superconductor thin film.
  • Each of the first and second pressure applicators may include a plurality of protruding members and a pressing member.
  • the pressing member presses the plurality of protruding members against a part of the superconductor thin film.
  • the pressure detection device detects a superconductor thin film that has transitioned from a superconductor to an insulator when a pressure higher than the critical pressure is applied, and determines the maximum critical pressure among the detected critical pressures of the superconductor thin film. Detect as pressure in the container.
  • the pressure can be detected using the superconductor thin film that transitions from the superconductor to the insulator depending on the magnitude of the applied pressure while keeping the temperature constant.
  • the Josephson element is manufactured by applying a pressure higher than the critical pressure to a part of the superconductor thin film and causing a part of the superconductor thin film to transition to the insulating layer.
  • a Josephson element can be fabricated by changing the pressure applied to the superconductor thin film while keeping the temperature constant.
  • the superconducting quantum interferometer is manufactured by applying a pressure equal to or higher than the critical pressure to a part of the superconductor thin film and causing a part of the superconductor thin film to transition to the insulating layer.
  • a superconducting quantum interferometer can be produced by changing the magnitude of the pressure applied to the superconductor thin film while keeping the temperature constant.
  • FIG. 1 is a perspective view of a superconductor thin film used in the embodiment of the present invention.
  • superconductor thin film 1 has a substantially rectangular parallelepiped shape and is made of CuRh 2 S 4 which is a spinel mixture.
  • Manufacturing method of the CuRh 2 S 4 are as follows. 99.999% copper (Cu) powder, 99.9% rhodium (Rh) powder, and 99.9999% sulfur (S) powder are mixed at a stoichiometric ratio.
  • the mixed Cu, Rh and S powders are sealed in a quartz tube and heat-treated at 850 ° C. for 10 days.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the specific resistance of CuRh 2 S 4 and the pressure.
  • the vertical axis represents the specific resistance
  • the horizontal axis represents the pressure applied to CuRh 2 S 4 .
  • Curve k1 shows the relationship between specific resistance and pressure at an absolute temperature of 10K
  • curve k2 shows the relationship between specific resistance and pressure at an absolute temperature of 300K.
  • CuRh 2 S 4 becomes a superconductor at an absolute temperature of 10K or less, and maintains a superconducting state when a pressure lower than 5.3 GPa is applied at a temperature of 10K or less.
  • a pressure of 3 GPa or more is applied, a transition from a superconductor to an insulator occurs.
  • the pressure of GPa is the critical pressure PMI at which the superconductor transitions to the insulator.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the pressure detection device according to the embodiment of the present invention.
  • pressure detector 30 according to the embodiment of the present invention includes container 10, superconductor thin films 11-14, electrodes 15-22, measuring instruments 23-26, detector 27, and the like. Is provided.
  • the container 10 has a substantially rectangular shape.
  • the inside of the container 10 is cooled to an absolute temperature of 10K or less with liquid nitrogen or the like.
  • the superconductor thin films 11 to 14 are arranged in parallel in the container 10.
  • the superconductor thin film 11 is made of CuRh 2 S 4 or CuIr 2 S 4 and has a critical pressure P MI 1 that makes a transition from a superconductor to an insulator.
  • the superconductor thin film 12 is made of CuIr 2 S 4 to which zinc (Zn) is added, and has a critical pressure P MI 2 ( ⁇ P MI 1) for transition from the superconductor to the insulator.
  • the superconductor thin film 13 is made of CuIr 2 S 4 to which Zn is added more than the superconductor thin film 12, and has a critical pressure P MI 3 ( ⁇ P MI 2) for transition from the superconductor to the insulator. .
  • the superconductor thin film 14 is made of CuIr 2 S 4 to which Zn is added more than the superconductor thin film 13, and has a critical pressure P MI 4 ( ⁇ P MI 3) for transition from the superconductor to the insulator. .
  • critical pressure P MI 1 consists 5.3 GPa
  • critical pressure P MI 4 consists of 0.5 GPa
  • Each of the electrodes 15 to 22 is made of, for example, aluminum (Al).
  • the electrodes 15 to 18 are connected to one ends of the superconductor thin films 11 to 14, respectively, and the electrodes 19 to 22 are connected to the other ends of the superconductor thin films 11 to 14, respectively.
  • the measuring instrument 23 is connected between the electrodes 15 and 19 through a conducting wire.
  • the measuring device 24 is connected between the electrodes 16 and 20 via a conducting wire.
  • the measuring instrument 25 is connected between the electrodes 17 and 21 via a conducting wire.
  • the measuring device 26 is connected between the electrodes 18 and 22 via a conducting wire.
  • Measuring instrument 23 includes a DC power supply 231 and an ammeter 232.
  • the DC power source 231 applies a DC voltage V between the electrodes 15 and 19.
  • the ammeter 232 detects the current I1 that flows through the superconductor thin film 11 when the DC power supply 231 applies the DC voltage V between the electrodes 15 and 19, and outputs the detected current I1 to the detector 27.
  • the measuring instrument 24 includes a DC power supply 241 and an ammeter 242.
  • the DC power source 241 applies a DC voltage V between the electrodes 16 and 20.
  • the ammeter 242 detects the current I2 flowing through the superconductor thin film 12 when the DC power supply 241 applies the DC voltage V between the electrodes 16 and 20, and outputs the detected current I2 to the detector 27.
  • the measuring instrument 25 includes a DC power supply 251 and an ammeter 252.
  • the DC power source 251 applies a DC voltage V between the electrodes 17 and 21.
  • the ammeter 252 detects the current I3 flowing through the superconductor thin film 13 when the DC power supply 251 applies the DC voltage V between the electrodes 17 and 21, and outputs the detected current I3 to the detector 27.
  • the measuring instrument 26 includes a DC power supply 261 and an ammeter 262.
  • the DC power supply 261 applies a DC voltage V between the electrodes 18 and 22.
  • the ammeter 262 detects the current I4 flowing through the superconductor thin film 14 when the DC power supply 261 applies the DC voltage V between the electrodes 18 and 22, and outputs the detected current I4 to the detector 27.
  • Detector 27 receives currents I1-I4 from ammeters 232, 242, 252, and 262, respectively. Further, the detector 27 holds a correspondence relationship between the currents I1 ⁇ I4 and the critical pressure P MI 1 ⁇ P MI 4.
  • the detector 27 detects the critical pressure PMI j associated with the current Ij.
  • the maximum critical pressure is detected as the pressure in the container 10.
  • Detector 27 for example, when a current I2 ⁇ I4 flowing in the superconductor thin film 12 to 14 becomes "0", of the critical pressure P MI 2 ⁇ P MI 4, the maximum of the critical pressure P MI 2 chamber 10 Detect as the pressure. If the pressure P in the container 10 is in the range of P MI 2 ⁇ P ⁇ P MI 1, the superconductor thin films 12 to 14 transition from the superconductor to the insulator, so that the superconductor thin film transitioned to the insulator Currents I2 to I4 flowing through 12 to 14 are “0”. Therefore, the detector 27 detects the maximum critical pressure P MI 2 among the critical pressures P MI 2 to P MI 4 as the pressure in the container 10.
  • the detector 27 detects the superconductor thin films 12 to 14 that have transitioned from the superconductor to the insulator among the superconductor thin films 11 to 14, and the critical pressure of the detected superconductor thin films 12 to 14 is detected.
  • the maximum critical pressure PMI2 is detected as the pressure in the container 10.
  • the detector 27 detects the pressure in the container 10 in the same manner even when the current flowing through the other superconductor thin film becomes “0”.
  • the pressure detecting device 30 the temperature of the superconductor film 11 to 14 while holding the following absolute temperature 10K, the pressure applied to the superconducting thin film 11 to 14 is equal to or higher than the critical pressure P MI
  • the pressure in the container 10 is detected by utilizing the characteristic of transition from a superconductor to an insulator.
  • the pressure detection device 30 can detect the pressure in the container 10 while keeping the temperature in the container 10 at an absolute temperature of 10K or less.
  • the pressure detection device 30 is not limited to the four superconductor thin films 11 to 14, and generally includes a plurality of superconductor thin films.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the Josephson element according to the embodiment of the present invention.
  • Josephson element 40 according to the embodiment of the present invention includes a base 31, a superconductor thin film 32, a support member 33, a screw 34, and a pressing member 35.
  • the superconductor thin film 32 is cooled to an absolute temperature of 10K or less by liquid nitrogen or the like.
  • the superconductor thin film 32 is made of CuRh 2 S 4 and has a rod shape.
  • the superconductor thin film 32 is disposed on the base 31.
  • the support member 33 is substantially L-shaped, and one end is fixed to the base 31.
  • the support member 33 has a screw hole (not shown) for fitting with the screw 34 on the other end side.
  • the screw 34 is fitted into a screw hole formed in the support member 33 and rotates clockwise to press the pressing member 35 against the superconductor thin film 32.
  • the pressing member 35 is disposed in contact with an arbitrary part of the superconductor thin film 32.
  • the pressing member 35 is pressed against the superconductor thin film 32 by the screw 34.
  • the pressing member 35 includes projecting members 351 to 353 and a base 354.
  • Each of the projecting members 351 to 353 has a substantially flat plate shape, and has the same width as the superconductor thin film 32 and a thickness of 1 ⁇ m.
  • the plurality of projecting members 351 to 353 are fixed substantially perpendicular to the base 354 at intervals of 2 ⁇ m.
  • the base 354 has a substantially flat plate shape, and fixes a plurality of projecting members 351 to 353.
  • the base 354 is in contact with one end of the screw 34 and presses the projecting members 351 to 353 against the superconductor thin film 32 by rotating the screw 34 clockwise.
  • the screw 34 rotates clockwise so that each of the projecting members 351 to 353 of the pressing member 35 applies a pressure of 100 g to the superconductor thin film 32.
  • the superconductor thin film 32 is separated into superconducting layers 321 and 323 and an insulating layer 322. Then, the Josephson element 40 including the superconducting layers 321 and 323 and the insulating layer 322 is manufactured.
  • a Josephson element can be manufactured using the superconductor thin film 32 made of the same material (CuRh 2 S 4 ).
  • a Josephson element can be produced by controlling the pressure applied while keeping the temperature of the superconductor thin film 32 constant.
  • the characteristics of the Josephson element 40 can be changed. That is, the characteristics of the Josephson element 40 itself can be changed by changing the pressure applied to the superconductor thin film 32. This property is not present in Josephson devices manufactured using different materials.
  • the number of protruding members may be one.
  • the pressing member 35 may be pressed against the superconductor thin film 32 using a piezoelectric element or an electrostrictive element instead of the screw 34.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of another Josephson element according to the embodiment of the present invention.
  • the Josephson element according to the embodiment of the present invention may be a Josephson element 40A shown in FIG.
  • Josephson element 40A is obtained by removing support member 33 and screw 34 of Josephson element 40 shown in FIG. 4 and replacing pressing member 35 with piezoelectric element 35A. This is the same as the Son element 40.
  • the piezoelectric element 35 ⁇ / b> A is disposed on the superconductor thin film 32 in close contact with the superconductor thin film 32.
  • the piezoelectric element 35A presses the superconductor thin film 32 in the thickness direction when a voltage is applied by a voltage source (not shown).
  • the superconductor thin film 32 is separated into the superconducting layers 321 and 323 and the insulating layer 322, and the Josephson element 40A is manufactured.
  • an electrostrictive element may be used instead of the piezoelectric element 35A.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a superconducting quantum interferometer according to an embodiment of the present invention.
  • superconducting quantum interferometer 50 according to the embodiment of the present invention includes superconductor thin film 51 and pressing members 52 and 53.
  • the superconductor thin film 51 is cooled to an absolute temperature of 10K or less by liquid nitrogen or the like.
  • the superconductor thin film 51 is made of CuRh 2 S 4 and has a ring shape.
  • Each of the pressing members 52 and 53 has the same configuration as the pressing member 35 shown in FIG.
  • the superconductor thin film 51 is separated into superconducting layers 511 and 513 and insulating layers 512 and 514. Then, a superconducting quantum interferometer 50 is produced.
  • the insulating layer 512 is applied to a part of the superconductor thin film 51. , 514.
  • a superconducting quantum interferometer can be produced using the superconductor thin film 51 made of the same material (CuRh 2 S 4 ).
  • a superconducting quantum interferometer can be produced by controlling the applied pressure while keeping the temperature of the superconductor thin film 51 constant.
  • the pressing members 52 and 53 may be pressed against the superconductor thin film 51 using a piezoelectric element or an electrostrictive element instead of the screw 34.
  • the insulating layers 512 and 514 may be formed using the piezoelectric element 35A (or electrostrictive element).
  • the applied pressure becomes equal to or higher than the critical pressure PMI , the characteristic is that a transition from a superconductor to an insulator is performed.
  • the present invention is applied to a pressure detection device using a superconductor that transitions from a superconductor to an insulator while keeping the temperature constant.
  • the present invention is also applied to a Josephson element using a superconductor that transitions from a superconductor to an insulator while keeping the temperature constant.
  • the present invention is applied to a superconducting quantum interferometer using a superconductor that transitions from a superconductor to an insulator while keeping the temperature constant.

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Abstract

　圧力検出装置（３０）は、超伝導体から絶縁体へ遷移する臨界圧力が相互に異なる複数の超伝導体薄膜（１１～１４）のうち、絶縁体へ遷移した超伝導体薄膜（１２～１４）を電流計（２４２，２５２，２６２）によって検出し、その検出した超伝導体薄膜（１２～１４）の臨界圧力のうち、最大の臨界圧力を容器（１０）内の圧力として検出する。

Description

圧力によって超伝導体から絶縁体へ遷移する超伝導体薄膜を用いた圧力検出装置、ジョセフソン素子および超伝導量子干渉計
　この発明は、圧力によって超伝導体から絶縁体へ遷移する超伝導体薄膜を用いた圧力検出装置、ジョセフソン素子および超伝導量子干渉計に関するものである。
　従来、２つの超伝導体からなるジョセフソン素子が知られている（特開昭６３－２６３７８１）。
　このジョセフソン素子は、２つのセラミック超伝導体を壁開面を介して接合した構造からなる。そして、２つのセラミック超伝導体が分離しないように圧力が壁開面に印加される。
　しかし、従来のジョセフソン素子では、温度を制御して超伝導状態から常伝導状態へ遷移させる必要があるため、温度を一定に保持したまま超伝導体から絶縁体へ遷移させることは困難である。
　そこで、温度を一定に保持したまま超伝導体から絶縁体へ遷移する超伝導体を用いた圧力検出装置を提供することが望まれる。
　また、温度を一定に保持したまま超伝導体から絶縁体へ遷移する超伝導体を用いたジョセフソン素子を提供することが望まれる。
　さらに、温度を一定に保持したまま超伝導体から絶縁体へ遷移する超伝導体を用いた超伝導量子干渉計を提供することが望まれる。
　圧力検出装置は、容器と、複数の薄膜と、検出器とを備える。容器は、１０Ｋ以下の絶対温度に保持される。複数の超伝導体薄膜は、容器内に配置され、超伝導体から絶縁体へ遷移する臨界圧力が相互に異なる。検出器は、複数の超伝導体薄膜のうち、超伝導体から絶縁体へ遷移した超伝導体薄膜を検出し、その検出した超伝導体薄膜の臨界圧力のうち最大の臨界圧力を容器内の圧力として検出する。
　圧力検出装置は、複数の第１および第２の電極をさらに備えてもよい。複数の第１の電極は、複数の超伝導体薄膜に対応して設けられ、各々が対応する超伝導体薄膜の一方端に接続される。複数の第２の電極は、複数の超伝導体薄膜に対応して設けられ、各々が対応する超伝導体薄膜の他方端に接続される。そして、検出器は、各超伝導体薄膜の両端に配置された第１および第２の電極間に流れる電流を検出することにより、複数の超伝導体薄膜のうち、超伝導体から絶縁体へ遷移した超伝導体薄膜を検出する。
　複数の超伝導体薄膜は、添加物量が相互に異なる複数のＣｕＩｒ２Ｓ４からなってもよい。
　また、ジョセフソン素子は、超伝導体薄膜と、圧力印加器とを備える。超伝導体薄膜は、１０Ｋ以下の絶対温度に保持され、ＣｕＲｈ２Ｓ４からなる。圧力印加器は、超伝導体薄膜の一部に超伝導体から絶縁体へ遷移する臨界圧力以上の圧力を印加する。
　圧力印加器は、複数の突起部材と、押付部材とを含んでもよい。押付部材は、複数の突起部材を超伝導体薄膜の一部に押し付ける。
　押付部材は、電歪素子または圧電素子からなってもよい。
　圧力印加器は、超伝導体薄膜の一部に接して配置された電歪素子からなってもよい。
　さらに、超伝導量子干渉計は、超伝導体薄膜と、第１および第２の圧力印加器とを備える。超伝導体薄膜は、輪形状を有するとともに、１０Ｋ以下の絶対温度に保持されたＣｕＲｈ２Ｓ４からなる。第１の圧力印加器は、超伝導体薄膜の第１の一部分に超伝導体から絶縁体へ遷移する臨界圧力以上の圧力を印加する。第２の圧力印加器は、超伝導体薄膜の第１の一部分と異なる第２の一部分に臨界圧力以上の圧力を印加する。
　第１および第２の圧力印加器の各々は、複数の突起部材と、押付部材とを含んでもよい。押付部材は、複数の突起部材を超伝導体薄膜の一部に押し付ける。
　圧力検出装置においては、臨界圧力以上の圧力が印加されて超伝導体から絶縁体へ遷移した超伝導体薄膜を検出し、その検出した超伝導体薄膜の臨界圧力のうち、最大の臨界圧力を容器内の圧力として検出する。
　したがって、温度を一定に保持したまま、印加される圧力の大きさによって超伝導体から絶縁体へ遷移する超伝導体薄膜を用いて圧力を検出できる。
　また、ジョセフソン素子は、超伝導体薄膜の一部に臨界圧力以上の圧力を印加して超伝導体薄膜の一部を絶縁層に遷移させて作製される。
　したがって、温度を一定に保持したまま、超伝導体薄膜に印加する圧力の大きさを変えることによってジョセフソン素子を作製できる。
　さらに、超伝導量子干渉計は、超伝導体薄膜の一部に臨界圧力以上の圧力を印加して超伝導体薄膜の一部を絶縁層に遷移させて作製される。
　したがって、温度を一定に保持したまま、超伝導体薄膜に印加する圧力の大きさを変えることによって超伝導量子干渉計を作製できる。
この発明の実施の形態において用いられる超伝導体薄膜の斜視図である。 ＣｕＲｈ２Ｓ４の比抵抗と圧力との関係を示す図である。 この発明の実施の形態による圧力検出装置の構成を示す概略図である。 この発明の実施の形態によるジョセフソン素子の構成を示す概略図である。 この発明の実施の形態による他のジョセフソン素子の構成を示す概略図である。 この発明の実施の形態による超伝導量子干渉計の構成を示す概略図である。
　本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
　図１は、この発明の実施の形態において用いられる超伝導体薄膜の斜視図である。図１を参照して、超伝導体薄膜１は、略直方体形状を有し、スピネル混合物であるＣｕＲｈ２Ｓ４からなる。
　このＣｕＲｈ２Ｓ４の作製方法は、次のとおりである。９９．９９９％の銅（Ｃｕ）の粉と、９９．９％のロジウム（Ｒｈ）の粉と、９９．９９９９％のイオウ（Ｓ）の粉とをストイキオメトリな量比で混ぜ合わせる。
　そして、その混ぜ合わせたＣｕ，ＲｈおよびＳの粉を石英管に封止し、８５０℃で１０日間、熱処理する。
　その後、Ｃｕ，ＲｈおよびＳの混合物を粉砕した後、ペレット中で圧縮し、１０００℃で３日間、焼結する。これによって、ＣｕＲｈ２Ｓ４が作製される。
　図２は、ＣｕＲｈ２Ｓ４の比抵抗と圧力との関係を示す図である。図２において、縦軸は、比抵抗を表し、横軸は、ＣｕＲｈ２Ｓ４に印加される圧力を表す。また、曲線ｋ１は、１０Ｋの絶対温度における比抵抗と圧力との関係を示し、曲線ｋ２は、３００Ｋの絶対温度における比抵抗と圧力との関係を示す。
　図２を参照して、３００Ｋの絶対温度においては、８ＧＰａの圧力をＣｕＲｈ２Ｓ４に印加しても、比抵抗は、１×１０－３Ω・ｃｍまでしか上昇しない（曲線ｋ２参照）。
　一方、１０Ｋの絶対温度においては、ＣｕＲｈ２Ｓ４の比抵抗は、ＣｕＲｈ２Ｓ４に印加される圧力が０～５．３ＧＰａの範囲では、１×１０－３Ω・ｃｍよりも小さく、ＣｕＲｈ２Ｓ４に印加される圧力が０～５．３ＧＰａ以上になると、急激に大きくなる。
　このように、ＣｕＲｈ２Ｓ４は、１０Ｋ以下の絶対温度において超伝導体になり、１０Ｋ以下の温度において、５．３ＧＰａよりも小さい圧力が印加されると、超伝導状態を保持し、５．３ＧＰａ以上の圧力が印加されると、超伝導体から絶縁体へ遷移する。
　なお、５．ＧＰａの圧力は、超伝導体から絶縁体へ遷移する臨界圧力ＰＭＩである。
　図３は、この発明の実施の形態による圧力検出装置の構成を示す概略図である。図３を参照して、この発明の実施の形態による圧力検出装置３０は、容器１０と、超伝導体薄膜１１～１４と、電極１５～２２と、測定器２３～２６と、検出器２７とを備える。
　容器１０は、略四角形の形状からなる。そして、容器１０の内部は、液体窒素等によって１０Ｋ以下の絶対温度に冷却されている。
　超伝導体薄膜１１～１４は、容器１０内において、並列に配置される。超伝導体薄膜１１は、ＣｕＲｈ２Ｓ４またはＣｕＩｒ２Ｓ４からなり、超伝導体から絶縁体へ遷移する臨界圧力ＰＭＩ１を有する。また、超伝導体薄膜１２は、亜鉛（Ｚｎ）を添加したＣｕＩｒ２Ｓ４からなり、超伝導体から絶縁体へ遷移する臨界圧力ＰＭＩ２（＜ＰＭＩ１）を有する。さらに、超伝導体薄膜１３は、Ｚｎを超伝導体薄膜１２よりも多く添加したＣｕＩｒ２Ｓ４からなり、超伝導体から絶縁体へ遷移する臨界圧力ＰＭＩ３（＜ＰＭＩ２）を有する。さらに、超伝導体薄膜１４は、Ｚｎを超伝導体薄膜１３よりも多く添加したＣｕＩｒ２Ｓ４からなり、超伝導体から絶縁体へ遷移する臨界圧力ＰＭＩ４（＜ＰＭＩ３）を有する。
　なお、臨界圧力ＰＭＩ１は、５．３ＧＰａからなり、臨界圧力ＰＭＩ４は、０．５ＧＰａからなる。
　電極１５～２２の各々は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）からなる。そして、電極１５～１８は、それぞれ、超伝導体薄膜１１～１４の一方端に接続され、電極１９～２２は、それぞれ、超伝導体薄膜１１～１４の他方端に接続される。
　測定器２３は、導線を介して電極１５，１９間に接続される。測定器２４は、導線を介して電極１６，２０間に接続される。測定器２５は、導線を介して電極１７，２１間に接続される。測定器２６は、導線を介して電極１８，２２間に接続される。
　測定器２３は、直流電源２３１と、電流計２３２とを含む。直流電源２３１は、直流電圧Ｖを電極１５，１９間に印加する。電流計２３２は、直流電源２３１が直流電圧Ｖを電極１５，１９間に印加したときに超伝導体薄膜１１に流れる電流Ｉ１を検出し、その検出した電流Ｉ１を検出器２７へ出力する。
　測定器２４は、直流電源２４１と、電流計２４２とを含む。直流電源２４１は、直流電圧Ｖを電極１６，２０間に印加する。電流計２４２は、直流電源２４１が直流電圧Ｖを電極１６，２０間に印加したときに超伝導体薄膜１２に流れる電流Ｉ２を検出し、その検出した電流Ｉ２を検出器２７へ出力する。
　測定器２５は、直流電源２５１と、電流計２５２とを含む。直流電源２５１は、直流電圧Ｖを電極１７，２１間に印加する。電流計２５２は、直流電源２５１が直流電圧Ｖを電極１７，２１間に印加したときに超伝導体薄膜１３に流れる電流Ｉ３を検出し、その検出した電流Ｉ３を検出器２７へ出力する。
　測定器２６は、直流電源２６１と、電流計２６２とを含む。直流電源２６１は、直流電圧Ｖを電極１８，２２間に印加する。電流計２６２は、直流電源２６１が直流電圧Ｖを電極１８，２２間に印加したときに超伝導体薄膜１４に流れる電流Ｉ４を検出し、その検出した電流Ｉ４を検出器２７へ出力する。
　検出器２７は、電流計２３２，２４２，２５２，２６２からそれぞれ電流Ｉ１～Ｉ４を受ける。また、検出器２７は、電流Ｉ１～Ｉ４と臨界圧力ＰＭＩ１～ＰＭＩ４との対応関係を保持している。
　そして、検出器２７は、電流Ｉ１～Ｉ４のうち、電流Ｉｊ（ｊは、１～４の少なくとも１つ）が“０”になると、その電流Ｉｊに対応付けられた臨界圧力ＰＭＩｊのうち、最大の臨界圧力を容器１０内の圧力として検出する。
　検出器２７は、たとえば、超伝導体薄膜１２～１４に流れる電流Ｉ２～Ｉ４が“０”になると、臨界圧力ＰＭＩ２～ＰＭＩ４のうち、最大の臨界圧力ＰＭＩ２を容器１０内の圧力として検出する。容器１０内の圧力ＰがＰＭＩ２＜Ｐ＜ＰＭＩ１の範囲であれば、超伝導体薄膜１２～１４が超伝導体から絶縁体へ遷移するので、絶縁体へ遷移した超伝導体薄膜１２～１４に流れる電流Ｉ２～Ｉ４は、“０”になる。したがって、検出器２７は、臨界圧力ＰＭＩ２～ＰＭＩ４のうち、最大の臨界圧力ＰＭＩ２を容器１０内の圧力として検出する。
　すなわち、検出器２７は、超伝導体薄膜１１～１４のうち、超伝導体から絶縁体へ遷移した超伝導体薄膜１２～１４を検出し、その検出した超伝導体薄膜１２～１４の臨界圧力ＰＭＩ２～ＰＭＩ４のうち、最大の臨界圧力ＰＭＩ２を容器１０内の圧力として検出する。
　また、検出器２７は、超伝導体薄膜１４に流れる電流Ｉ４が“０”になると、臨界圧力ＰＭＩ４のうち、最大の臨界圧力ＰＭＩ４を容器１０内の圧力として検出する。
　検出器２７は、他の超伝導体薄膜に流れる電流が“０”になる場合も、同様にして容器１０内の圧力を検出する。
　このように、圧力検出装置３０は、超伝導体薄膜１１～１４の温度を１０Ｋ以下の絶対温度に保持したまま、超伝導体薄膜１１～１４に印加される圧力が臨界圧力ＰＭＩ以上になると、超伝導体から絶縁体へ遷移するという特性を利用して容器１０内の圧力を検出する。
　したがって、圧力検出装置３０は、容器１０内の温度を１０Ｋ以下の絶対温度に保持したまま容器１０内の圧力を検出できる。
　なお、圧力検出装置３０は、４個の超伝導体薄膜１１～１４に限らず、一般的には、複数の超伝導体薄膜を備えていればよい。
　図４は、この発明の実施の形態によるジョセフソン素子の構成を示す概略図である。図４を参照して、この発明の実施の形態によるジョセフソン素子４０は、基体３１と、超伝導体薄膜３２と、支持部材３３と、ネジ３４と、押付部材３５とを備える。
　なお、超伝導体薄膜３２は、液体窒素等によって、１０Ｋ以下の絶対温度に冷却されている。
　超伝導体薄膜３２は、ＣｕＲｈ２Ｓ４からなるとともに、棒状形状を有する。そして、超伝導体薄膜３２は、基体３１上に配置される。支持部材３３は、略Ｌ字形状からなり、一方端が基体３１に固定される。そして、支持部材３３は、他方端側にネジ３４と嵌合するネジ孔（図示せず）を有する。
　ネジ３４は、支持部材３３に形成されたネジ孔と嵌合し、時計回りに回転することによって押付部材３５を超伝導体薄膜３２に押し付ける。
　押付部材３５は、超伝導体薄膜３２の任意の一部分に接して配置される。そして、押付部材３５は、ネジ３４によって超伝導体薄膜３２に押し付けられる。
　押付部材３５は、突起部材３５１～３５３と、基台３５４とを含む。突起部材３５１～３５３の各々は、略平板形状からなり、超伝導体薄膜３２と同じ幅、および１μｍの厚みを有する。そして、複数の突起部材３５１～３５３は、２μｍの間隔で基台３５４に略垂直に固定される。
　基台３５４は、略平板形状からなり、複数の突起部材３５１～３５３を固定する。そして、基台３５４は、ネジ３４の一方端に接し、ネジ３４が時計回りに回転することによって突起部材３５１～３５３を超伝導体薄膜３２に押し付ける。
　ジョセフソン素子４０においては、ネジ３４は、押付部材３５の突起部材３５１～３５３の各々が１００ｇ重の圧力を超伝導体薄膜３２に印加するように時計回りに回転する。これによって、臨界圧力ＰＭＩ（＝５．３ＧＰａ）以上の圧力が超伝導体薄膜３２に印加される。
　そうすると、超伝導体薄膜３２は、超伝導層３２１，３２３と、絶縁層３２２とに分離される。そして、超伝導層３２１，３２３と、絶縁層３２２とからなるジョセフソン素子４０が作製される。
　このように、押付部材３５によって超伝導体薄膜３２の一部に臨界圧力ＰＭＩ（＝５．３ＧＰａ）以上の圧力を印加することにより、超伝導体薄膜３２の一部に絶縁層３２２を形成する。
　したがって、同じ材料（ＣｕＲｈ２Ｓ４）からなる超伝導体薄膜３２を用いてジョセフソン素子を作製できる。
　また、超伝導体薄膜３２の温度を一定に保持したまま、印加する圧力を制御することによってジョセフソン素子を作製できる。
　さらに、同じ材料（ＣｕＲｈ２Ｓ４）からなる超伝導体薄膜３２を用いてジョセフソン素子を作製することによって、ジョセフソン素子４０の特性を変えることができる。すなわち、超伝導体薄膜３２に印加する圧力を変えることによってジョセフソン素子４０自体の特性を変えることができる。この性質は、異なる材料を用いて作製したジョセフソン素子にはない性質である。
　なお、ジョセフソン素子４０においては、突起部材は、１個であってもよい。また、ジョセフソン素子４０においては、ネジ３４の代わりに、圧電素子または電歪素子を用いて押付部材３５を超伝導体薄膜３２に押し付けるようにしてもよい。
　図５は、この発明の実施の形態による他のジョセフソン素子の構成を示す概略図である。この発明の実施の形態によるジョセフソン素子は、図５に示すジョセフソン素子４０Ａであってもよい。
　図５を参照して、ジョセフソン素子４０Ａは、図４に示すジョセフソン素子４０の支持部材３３およびネジ３４を削除し、押付部材３５を圧電素子３５Ａに代えたものであり、その他は、ジョセフソン素子４０と同じである。
　圧電素子３５Ａは、超伝導体薄膜３２に密着して超伝導体薄膜３２上に配置される。そして、圧電素子３５Ａは、電圧源（図示せず）によって電圧が印加されることにより、超伝導体薄膜３２を厚み方向へ押し付ける。
　これによって、超伝導体薄膜３２は、超伝導層３２１，３２３と、絶縁層３２２とに分離され、ジョセフソン素子４０Ａが作製される。
　なお、ジョセフソン素子４０Ａにおいては、圧電素子３５Ａの代わりに、電歪素子を用いてもよい。
　図６は、この発明の実施の形態による超伝導量子干渉計の構成を示す概略図である。図６を参照して、この発明の実施の形態による超伝導量子干渉計５０は、超伝導体薄膜５１と、押付部材５２，５３とを備える。
　なお、超伝導体薄膜５１は、液体窒素等によって、１０Ｋ以下の絶対温度に冷却されている。
　超伝導体薄膜５１は、ＣｕＲｈ２Ｓ４からなり、リング形状を有する。押付部材５２，５３の各々は、図４に示す押付部材３５と同じ構成からなる。
　そして、押付部材５２は、超伝導体薄膜５１の一部に臨界圧力ＰＭＩ（＝５．３ＧＰａ）以上の圧力を印加する。また、押付部材５３は、超伝導体薄膜５１の他の一部に臨界圧力ＰＭＩ（＝５．３ＧＰａ）以上の圧力を印加する。
　その結果、超伝導体薄膜５１は、超伝導層５１１，５１３と、絶縁層５１２，５１４とに分離される。そして、超伝導量子干渉計５０が作製される。
　このように、押付部材５２，５３によって超伝導体薄膜５１の一部に臨界圧力ＰＭＩ（＝５．３ＧＰａ）以上の圧力を印加することにより、超伝導体薄膜５１の一部に絶縁層５１２，５１４を形成する。
　したがって、同じ材料（ＣｕＲｈ２Ｓ４）からなる超伝導体薄膜５１を用いて超伝導量子干渉計を作製できる。
　また、超伝導体薄膜５１の温度を一定に保持したまま、印加する圧力を制御することによって超伝導量子干渉計を作製できる。
　なお、超伝導量子干渉計５０においては、押付部材５２，５３（＝押付部材３５）の突起部材は、１個であってもよい。また、超伝導量子干渉計５０においては、ネジ３４の代わりに、圧電素子または電歪素子を用いて押付部材５２，５３を超伝導体薄膜５１に押し付けるようにしてもよい。さらに、超伝導量子干渉計５０においては、圧電素子３５Ａ（または電歪素子）を用いて絶縁層５１２，５１４を形成するようにしてもよい。
　上述したように、圧力検出装置３０、ジョセフソン素子４０，４０Ａおよび超伝導量子干渉計５０は、超伝導体の温度を一定に保持したまま、超伝導体薄膜（＝ＣｕＲｈ２Ｓ４）に印加される圧力が臨界圧力ＰＭＩ以上になると、超伝導体から絶縁体へ遷移するという特性を利用したものである。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　この発明は、温度を一定に保持したまま超伝導体から絶縁体へ遷移する超伝導体を用いた圧力検出装置に適用される。また、この発明は、温度を一定に保持したまま超伝導体から絶縁体へ遷移する超伝導体を用いたジョセフソン素子に適用される。さらに、この発明は、温度を一定に保持したまま超伝導体から絶縁体へ遷移する超伝導体を用いた超伝導量子干渉計に適用される。

Claims (9)

  1. 　１０Ｋ以下の絶対温度に保持された容器と、
    　前記容器内に配置され、超伝導体から絶縁体へ遷移する臨界圧力が相互に異なる複数の超伝導体薄膜と、
    　前記複数の超伝導体薄膜のうち、前記超伝導体から前記絶縁体へ遷移した超伝導体薄膜を検出し、その検出した超伝導体薄膜の前記臨界圧力のうち最大の臨界圧力を前記容器内の圧力として検出する検出器とを備える圧力検出装置。
  2. 　前記複数の超伝導体薄膜に対応して設けられ、各々が対応する超伝導体薄膜の一方端に接続された複数の第１の電極と、
    　前記複数の超伝導体薄膜に対応して設けられ、各々が対応する超伝導体薄膜の他方端に接続された複数の第２の電極とをさらに備え、
    　前記検出器は、各超伝導体薄膜の両端に配置された第１および第２の電極間に流れる電流を検出することにより、前記複数の超伝導体薄膜のうち、前記超伝導体から前記絶縁体へ遷移した超伝導体薄膜を検出する、請求の範囲第１項に記載の圧力検出装置。
  3. 　前記複数の超伝導体薄膜は、添加物量が相互に異なる複数のＣｕＩｒ２Ｓ４からなる、請求の範囲第１項に記載の圧力検出装置。
  4. 　１０Ｋ以下の絶対温度に保持され、ＣｕＲｈ２Ｓ４からなる超伝導体薄膜と、
    　前記超伝導体薄膜の一部に超伝導体から絶縁体へ遷移する臨界圧力以上の圧力を印加する圧力印加器とを備えるジョセフソン素子。
  5. 　前記圧力印加器は、
    　複数の突起部材と、
    　前記複数の突起部材を前記超伝導体薄膜の一部に押し付ける押付部材とを含む、請求の範囲第４項に記載のジョセフソン素子。
  6. 　前記押付部材は、電歪素子または圧電素子からなる、請求の範囲第５項に記載のジョセフソン素子。
  7. 　前記圧力印加器は、前記超伝導体薄膜の一部に接して配置された電歪素子からなる、請求の範囲第５項に記載のジョセフソン素子。
  8. 　輪形状を有するとともに、１０Ｋ以下の絶対温度に保持されたＣｕＲｈ２Ｓ４からなる超伝導体薄膜と、
    　前記超伝導体薄膜の第１の一部分に超伝導体から絶縁体へ遷移する臨界圧力以上の圧力を印加する第１の圧力印加器と、
    　前記超伝導体薄膜の前記第１の一部分と異なる第２の一部分に前記臨界圧力以上の圧力を印加する第２の圧力印加器とを備える超伝導量子干渉計。
  9. 　前記第１および第２の圧力印加器の各々は、
    　複数の突起部材と、
    　前記複数の突起部材を前記超伝導体薄膜の一部に押し付ける押付部材とを含む、請求の範囲第８項に記載の超伝導量子干渉計。
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