| 研究課題/領域番号 |
23KJ1099
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
東 正志 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-25 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
中途終了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
2024年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2023年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | 負性インダクタンス / π接合 / ジョセフソン接合 / SQUID |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、π位相シフトジョセフソン接合（π接合）における負性インダクタンスとしての動的な振る舞いを明らかにし、π接合を用いた小面積HFQ回路の実現を目指す。数値解析では、単一超伝導ループ内及び回路内での負性インダクタンスの振る舞いを明らかにする。回路の作製に関しては、産業総合技術研究所の従来プロセス上に名大でのみ作製が可能な超伝導体/強磁性体/超伝導体（SFS）の構造を持つπ接合の追加プロセスを行うことで回路の作製を行う。その後、回路の振る舞いについて4K及び10mKの環境下で実験的に解析を行う。
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| 研究実績の概要 |
π位相シフトジョセフソン接合(π接合)を含む超伝導量子干渉素子(SQUID)を構成すると、π接合の負性インダクタンス特性により、外部からエネルギーを与えない場合でも、従来のSQUIDと比べてエネルギーが高い状態を実現することができる。これは量子化条件とπ位相シフトが合わさり初めて実現される特異な特性である。
π接合を1つ含むSQUID（π-SQUID）を構成した場合には、電流または磁束を印加すると、負性インダクタンス特性に応じたエネルギー分配によって、インダクタンスに流れる電流、即ち磁束が増加し元よりも大きな等価自己インダクタンスとして振る舞う。半磁束量子（HFQ）回路における配線インダクタをπ-SQUIDに置き換えることで、HFQ回路における配線長の問題を解決し、小面積HFQ回路の実現が期待できる。負性インダクタンスの交流応答特性を調べるため、印加電流振幅に対する応答電流振幅の周波数依存性について解析した。周波数特性は位相変化の大部分を担う接合抵抗及び接合容量に依存することが明らかになった。
負性インダクタンス特性について更に理解を深めるため、磁束伝送回路(π-FTC)において入力磁束と出力磁束の比である伝送係数について解析を行った。静特性において伝送係数はβL=2πLIcπ/Φ0(L:π-FTCの合成インダクタンス、Icπ:π接合の臨界電流値)及び入力磁束、つまり入力電流の大きさによって決定する。数値計算ではπ-FTCにおける伝送係数が従来のFTCに比べて増加し、βLを調整することで伝送係数の従来限界である0.5を超えることを示した。βL=0.81、0.98に対応する等価的なπ接合の臨界電流値50 μA、60 μAを持つπ-FTCの作製を行った。実験において伝送係数は従来のFTCよりも増加し、入力電流が接合の臨界電流値までの範囲では両方のβLで3倍以上の伝送係数が得られた。
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