高周波磁界励起型超伝導量子干渉素子の研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450135
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 山下 努 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (30006259)
• 研究分担者: 水柿 義直 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (30280887) ; 陳 健 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (90241588) ; 中島 健介 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (70198084)
• キーワード: 高周波 / 磁界励起 / 超伝導量子干渉素子 / 粒界ジョセフソン接合 / スイッチング素子 / A / D変換器 / バイクリスタル基板 / YBCO薄膜

研究概要

本年度では、高周波磁界励起型超伝導量子干渉素子の数値計算による特性解析、およびYBa_2Cu_3O_<7-δ>粒界ジョセフソン接合(以下YBCO-GBJJ)を用いた実験検証を行った。まず、数値計算による素子特性の解析結果について述べる。得られた主な結果は、(I)素子特性の高周波磁束周波数依存性、(II)素子特性の高周波磁束パワー依存性、(III)素子特性の外部直流磁束依存性、(IV)スイッチング素子応用を念頭においた素子特性の評価(特に動作マージンとパワー利得)、(V)スイッチング動作波形のシミュレーション(単一素子動作波形、カスケード接続時の動作波形、RSフリップフロップ動作波形、4ビットA/D変換器動作波形)である。次にYBCO-GBJJを用いた実験結果について述べる。MgOバイクリスタル基板上のYBCO薄膜を、フォトリソグラフィーとArイオンミリング法を用いて微細加工し、YBCO-GBJJを2個含む超伝導量子干渉素子を作製した。予備実験の結果、通常の構造では高周波信号を磁束として素子に印加することができないことが判明したことから、高周波磁束を素子に印加するためのアンテナ構造を付加することとした。アンテナはH型とし、共振周波数が19GHzになるように設計した。この素子に20GHzの高周波信号を印加し、素子特性の高周波信号パワー依存性、外部直流磁束依存性、およびスイッチング素子応用を念頭においた動作マージンの評価を行った。その結果、高周波信号のパワーが小さい場合には、数値計算結果と同様の素子特性が得られた。一方、高周波信号パワーが大きい場合は数値計算結果とのずれが見られたことから、さらに効率よく高周波磁束を素子に印加する必要があることが判明した。

研究成果

• [文献書誌] T.Kondo,Y.Mizugaki,K.Sato,K.Nakajima and T.Yamashita: "Switching devices based on RF-field-driven high-Tc SQUID"IEICE Trans.Electron. E84-C・1. 55-60 (2001)
• [文献書誌] 山下努: "固有ジョセフソン効果(新現象と応用の可能性)"応用物理. 70・1. 14-20 (2001)
• [文献書誌] Y.Mizugaki,K.Saito,A.I.Braginski,and T.Yamashita: "Josephson Switching Device Utilizing the Quantum Transitions in a Superconducting Quantum interference Device Loop"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・1. 55-60 (2000)
• [文献書誌] Yamashita T.,Kim S.-J.,Latyshev Yu.,and Nakajima K.: "Intrinsic Josephson effect and single Cooper pair tunneling"Physica C. 335 1-4. 219-225 (2000)
• [文献書誌] H.B.Wang,Y.Aruga,J.Chen,K.Nakajima,T.Yamashita,and P.H.Wu: "Individual Shapiro steps observed in resistively-shunted intrinsic Josephson junctions on Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+x> single crystal"Appl.Phys.Lett.. 77・7. 1017-1019 (2000)
• [文献書誌] H.B.Wang,J.Chen,K.Nakajima,T.Yamashita et.al.: "Intrinsic Josephson effects in YBa_2Cu_3O_<7-δ> single crystals with various oxygen deficiencies"Phys.Rev.B. 61・22. R14948-14951 (2000)