平成29年度は、初期位相差が通常のジョセフソン接合に比べπだけずれるπシフト磁性ジョセフソン接合を使った新しい半磁束量子回路の提案を行った。回路の解析は、当初は数値解析で行ったが、横浜国立大学で開発されたπシフト接合も扱える回路シミュレータの提供を受け、後半は、それを用いて解析を進めた。その結果、ほぼ確立された超伝導回路技術である単一磁束量子回路のジョセフソン接合を、0-πSQUIDで置き換えることで、高速性と低消費電力性を示す超伝導回路を構成できることを明らかにした。ここで、0-πSQUIDとは、従来のジョセフソン接合1個とπシフトジョセフソン接合1個を超伝導ループに含む超伝導量子干渉デバイスである。信号とπの位相差変化が対応していることから、明確な半磁束量子回路ということができる(単一磁束量子の場合の位相差の変化は2π)。一方実験では、磁性ジョセフソン接合の制御性・再現性について、研究を進めた。超伝導電極材料にNb、強磁性体にはNiを原子パーセントで11%含むPdNi合金、トンネル障壁層にはAlOxを用いて、Nb/AlOx/PdNi/Nb構造を形成した。PdNi合金は、同時スパッタ法によって成膜し、厚さは時間で制御している。πシフトは、超伝導電子のスピンの向きが強磁性体の交換相互作用により反転することで実現する。したがって、PdNi層の膜厚に対して、特性は敏感であるが、我々の実験では10nmから15nmの幅で面内均一性良くπ接合が得られることが分かった。これを用いて、1/2分周回路を設計、試作した。1個の回路において1THzの動作速度が確認された。これは、19年前に記録された760GHzを上回る結果となっている。現在、再現性を調査中である。このように、数値解析、実験において、半磁束量子回路が従来にない性能を持つことを実証しつつある。
1 0 0 0 OA 高温超伝導体ジョセフソン接合技術
- 著者
- 藤巻 朗
- 出版者
- CRYOGENICS AND SUPERCONDUCTIVITY SOCIETY OF JAPAN
- 雑誌
- 低温工学 (ISSN:03892441)
- 巻号頁・発行日
- vol.31, no.11, pp.572-577, 1996-11-25 (Released:2010-02-26)
- 参考文献数
- 30
An overview of present Josephson junctions based on high-temperature superconductors (HTSs) is described. I indicate the importance of the critical current-normal resistance (IcRn) product, and show the experimentally-obtained values of the IcRn products for the HTS Josephson junctions reported so far. The junctions include grain boundary junctions, edge junctions, and sandwich junctions. Considering the charge transport mechanism across the junctions, effective ways to increase the IcRn product are proposed.
1 0 0 0 極限機能ボルテックスデバイス研究
1.超伝導回路岡部は、BSFQ回路方式に基づくAND、OR、XOR、NOTの各論理ゲートの動作マージンを±30%にまで拡大することに成功した。また、超伝導体と半導体のハイブリッドコンピュータ実現を見据え、インターフェイスデバイスを試作した。高田は、ユニバーサルNANDゲートおよびNORゲートの設計を行い、シミュレーションにより高速動作と低消費電力性を確認した。藤巻は、界面改質型高温超伝導体ジョセフソン接合の試作を行い、臨界電流値のばらつきはピンホールに起因するという結論を得た。2.SQUID応用円福は、高温超伝導SQUIDにより磁気微粒子からの微弱磁界が高精度に測定できることを利用して免疫反応検出システムを開発し、従来の機器よりも10倍〜100倍の感度で検出が可能であることを示した。田中は、高温超伝導SQUID顕微鏡の試作を行い、室温の磁束ガイド針を用いた場合でも100μmよりも高い分解能が得られることを示した。松田は、高温超伝導SQUIDグラジオメータを作製し、フラックスダム構造を用いることにより環境磁場雑音影響を大幅に軽減できることを示した。藤井は、生体磁場測定のための医療用磁気センサにおいて、環境磁場測定用SQUIDを付加することにより磁気シールドを用いずに微小磁場を測定することに成功した。3.高周波応用吉田は、高温超伝導薄膜上でアンテナとフィルタを一体化することにより、特性の向上が図れることをシミュレーションで示した。
1 0 0 0 OA 単一磁束量子回路に基づくマイクロプロセッサの動向と展望
- 著者
- 田中 雅光 藤巻 朗 井上 弘士
- 出版者
- 公益社団法人 低温工学・超電導学会 (旧 社団法人 低温工学協会)
- 雑誌
- 低温工学 (ISSN:03892441)
- 巻号頁・発行日
- vol.52, no.5, pp.323-331, 2017-09-20 (Released:2017-10-27)
- 参考文献数
- 50
The recent trend and perspectives for high-performance microprocessors based on superconductor single-fluxquantum (SFQ) logic families are described. The rapid single-flux-quantum (RSFQ) and its energy-efficient derivatives are promising as a next-generation digital circuit technology for very-large-scale integration in the post-Moore's era because of the capability of ultrahigh-frequency operation over 100 GHz and low energy consumption. Several ongoing research projects as well as results reported, including several demonstrations of SFQ-based microprocessors and their components, are reviewed.