2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study on programmable adiabatic superconductor circuits using magnetic Josephson junctions
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18H01493
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
竹内 尚輝 横浜国立大学, 先端科学高等研究院, 特任教員(准教授) (00746472)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山下 太郎 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (60567254)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 超伝導回路 / ジョセフソン接合 / 磁性体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁性ジョセフソン接合であるπ接合を含む断熱的量子磁束パラメトロン（AQFP）回路のシミュレーション方法及び設計方法の検討、並びにπ接合の作製プロセスの検討を行った。
通常の超伝導回路用シミュレータ（JSIM）でπ接合を扱うために、ジョセフソン接合と磁束バイアスを用いて、π接合を等価的に表現する方法を考案した。この方法を用いて回路シミュレーションを行い、π接合を含むAQFP回路が正常に論理動作することを示した。また、π接合を含むAQFP回路の消費エネルギーを解析し、通常のAQFP回路と同様に断熱的にスイッチング動作を行うことを示した。さらに、通常のジョセフソン接合を用いずに、π接合のみでAQFP回路を設計する方法を確立した。この結果、デバイス作製プロセスの特徴に合わせて（例えば、ジョセフソン接合とπ接合の両方を集積できる場合もあれば、π接合のみしか集積できない場合も考えられる）、様々なバリエーションのAQFP回路を設計することが可能となった。この点は、AQFP回路に特有のデバイス作製プロセス上のメリットである。以上の研究成果は、Journal of Applied Physicsよりパブリッシュされた。また、注目度の高さから、Editor's Pickに選出された。
π接合を含むAQFP回路実現に向けた基盤技術となる、磁性ジョセフソン接合の作製プロセスの確立とジョセフソン臨界電流等の物理特性の体系的な評価を行った。また、3接合SQUIDの作製を行い、臨界電流値の磁場変調パターンの測定を行い、π接合実現に向けた知見を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
予定していた検討項目である、π接合を含む断熱的量子磁束パラメトロン（AQFP）回路のシミュレーション方法及び設計方法の検討、並びにπ接合の作製プロセスの検討は、いずれもおおむね順調に進んだと考えている。シミュレーションに関しては、通常のジョセフソン接合と磁束バイアスで等価的にπ接合を表現する方法を考案し、π接合を含むAQFP回路のシミュレーションに成功した。また、通常のジョセフソン接合を用いずに、π接合のみを用いてAQFP回路を設計する方法を確立した。π接合の作製に関しては、基盤技術となる磁性ジョセフソン接合の検討を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、確立したシミュレーション及び設計方法、並びに作製プロセスを用いて、π接合を含む基本的なAQFP回路の動作実証を目指す。
研究代表者・竹内は、π接合のデバイスパラメータを用いてAQFP回路の設計及びシミュレーションを行う。また、シミュレーションにより正常動作が確認された回路のマスクレイアウトを作成し、分担者・山下が回路の作製を行う。作製されたAQFP回路を液体ヘリウム中で評価し、π接合を含むAQFP回路の動作実証を行う。この際、回路のエラーレートや動作安定性を評価する。動作が安定しない場合には、測定結果をフィードバックし、AQFP回路の再設計を行う。
研究分担者・山下は、前年度に確立した磁性ジョセフソン接合技術をベースとして、π接合を含んだ基本的なAQFP回路の作製を行う。作製にあたっては、π接合のみで構成される回路に加え、特性制御に実績のある従来のジョセフソン接合（SIS接合）によって構成される回路へのπ接合導入も検討し、AQFP回路の作製を行う。
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