2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of mesoscale superconductor engineering by mathematical research
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20K05314
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
馬渡 康徳 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (70358068)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
東 陽一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (70801059)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 超伝導工学 / メゾ・スケール / 数理的研究 / ジョセフソン接合 / 三端子デバイス / 非平衡準粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、(1)ジョセフソン接合の磁気干渉、および(2)超伝導三端子デバイスに関して、それぞれ次のような研究成果が得られた。
(1)「斜め磁場中ジョセフソン接合における特異な磁気干渉」
三次元斜め磁場を十字型接合に印加したときのゲージ不変位相差および臨界電流について数理的解析を行い、臨界電流の磁場依存性に特異で多様な干渉パターンが現れることを明らかにするとともに、接合面に流れるジョセフソン電流密度と磁気干渉との関連を調べた。また、十字形接合およびオーバーラップ型接合における磁気干渉を比較し、接合形状の効果について考察した。さらに、局所的に電流を注入した接合における０-π接合の形成と臨界電流の磁気干渉について理論解析を行い、Tubingen Univ. による実験データを定量的に再現することができた。
(2)「超伝導三端子デバイスのシミュレーション」
MITにより発明された超伝導細線クライオトロン nTron は、超伝導薄膜を三端子細線構造に形成した三端子デバイスで、超伝導デバイスとしては高いインピーダンスをもつなどの優れた特徴があり、超伝導単一磁束量子(SFQ)回路と半導体CMOS回路を組み合わせたハイブリッド・デバイスのインターフェースとして有望である。超伝導・半導体ハイブリッド・デバイス開発に向けた nTron の回路モデリングに向けて、時間依存 Ginzburg-Landau 方程式と熱拡散方程式を連成して数値的に解くシミュレーションを行った。ゲート電流に応じてチャネルの電流・電圧特性が変化する実験データをほぼ定量的に再現することができた。
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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
メゾ・スケール超伝導工学に関する２つの研究テーマ、すなわち (1)ジョセフソン接合の磁気干渉、および(2)超伝導三端子デバイスに関して、それぞれ数理的研究およびシミュレーション研究を行い、上記の研究実績が得られた。それぞれの成果について学会・論文発表を行い、本研究課題は概ね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)「斜め磁場中ジョセフソン接合における特異な磁気干渉」に関して、斜め磁場中の磁気干渉と電流分布との関連および接合形状の効果について、また局所的電流注入による０-π接合の形成と磁気干渉について論文発表を行う。さらに、半量子磁束の捕捉やマイクロ波応答等についても検討する。
(2)「超伝導三端子デバイスのシミュレーション」に関して、ゲート電流を固定したときのチャネルの電流・電圧特性のシミュレーションを行った結果について、学会・論文発表を行う。また、実際の回路動作を想定して、ゲートにパルス電流を印加(入力)したときのチャネル電圧の出力特性を調べるシミュレーションを行う。
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| Causes of Carryover |
予定していた出張が不可能になったため、出張旅費を次年度へ繰り越すことにした。今年度に可能であれば出張旅費として支出する予定である。
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