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JP3672795B2 - Resistive shunt Josephson junction device - Google Patents
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JP3672795B2 - Resistive shunt Josephson junction device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅酸化物高温超電導体を用いた抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、銅酸化物高温超電導体を用いた結晶粒界やステップエッジ等の各種の弱結合型のジョセフソン素子が、液体窒素温度(77K)で動作可能なことから注目されている。弱結合型のジョセフソン素子には、(1)ブリッジ型、(2)点接触型、(3)近接効果型などの種々の構造の素子が提案されている。これらの素子は、弱結合部に浮遊の電気容量が極めて小さいので、電流−電圧特性に履歴がない。超伝導量子干渉素子はジョセフソン素子を含む超伝導体の閉回路で構成され、超高感度の磁気センサとして用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の銅酸化物高温超電導体を用いたジョセフソン素子としては、その固有ジョセフソン接合(Intrinsic Josephson Junctions;IJJ)に流れる電流を分流する抵抗素子(シャント抵抗)を内蔵させ、それを利用するものは存在していない。
【0004】
本発明は、上記状況に鑑みて、銅酸化物高温超電導体の固有ジョセフソン接合に流れる電流を分流する抵抗素子(シャント抵抗)を内蔵させ、それを利用する抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〕抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置において、突起部が形成された銅酸化物高温超電導体と、この銅酸化物高温超電導体の突起部の側部に形成される絶縁材と、この絶縁材をブリッジするように形成されるシャント抵抗材とを設け、前記突起部の上面部から電流を印加し、前記銅酸化物高温超電導体から電流を導出することを特徴とする。
【0006】
〕上記〔1〕記載の抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置において、前記銅酸化物高温超電導体は、Bi−Sr−Ca−Cu−O(BSCCO)、Tl−Ba−Ca−Cu−O(TBCCO)又は酸素欠損型Y−Ba−Cu−O(YBCO)の単結晶又は薄膜であることを特徴とする。
【0007】
〕上記〔1〕記載の抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置のシャント抵抗を高周波結合回路となし、電圧−周波数変換機能を付加して超放射電磁波発振器を構成することを特徴とする。
【0008】
〕上記〔1〕記載の抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置の特定の数の接合を直流電流とマイクロ周波数でバイアスし、一次のシャピロステップで量子電圧を得ることにより、ジョセフソンD/A変換器を構成することを特徴とする。
【0009】
〕上記〔1〕記載の抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置のシャント抵抗を金属材となし、異なる周波数のミキシングを行う周波数ミキサーを構成することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0011】
本発明の特徴は、銅酸化物高温超電導体の固有ジョセフソン接合(Intrinsic Josephson Junctions;IJJ)に流れる電流を分流する抵抗素子(シャント抵抗)を用いることである。この新たな構造のIJJを抵抗シャント固有ジョセフソン接合(Resistively Shunted IJJ;RS−IJJ)装置と名付ける。
【0012】
図1は本発明の第1実施例を示す抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置の構成図、図2はその抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置の等価回路図である。
【0013】
これらの図において、1は突起部が形成されるBi−Sr−Ca−Cu−O(BSCCO)、2はそのBSCCO1の突起部の上面に形成されるAu電極、3はそのBSCCO1の突起部の両側に形成されるシャント抵抗である。このシャント抵抗は、IJJの常伝導抵抗と同等、もしくは低い金属か半導体で作られる。
【0014】
BSCCO1はアースされ、Au電極2から電流Iが供給されると、図2に示すように、ジョセフソン接合J(1) …J(i) …のそれぞれに並列にシャント抵抗RcとRsが形成され、電流を分流する。
【0015】
図3は本発明の第2実施例を示す抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置の構成図、図4はその抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置の等価回路図である。
【0016】
これらの図において、11は突起部が形成されるBi−Sr−Ca−Cu−O(BSCCO)、12はそのBSCCO11の突起部の上面に形成されるAu電極、13はそのBSCCO11の突起部の両側に形成される絶縁材料、14はそれらの絶縁材料13をブリッジするように形成されるシャント抵抗である。このシャント抵抗14は、IJJの常伝導抵抗と同等、もしくは低い金属か半導体で作られる。
【0017】
BSCCO11はアースされ、Au電極12から電流Iが供給されると、図4に示すように、ジョセフソン接合J(1) …J(i) …の直列回路に並列にシャント抵抗Rsが形成され、電流を分流する。
【0018】
なお、BSCCO11は、他の銅酸化物超電導体に置き換えることができる。また、上部のAu電極12は他の金属や従来の超電導体で置き換えることができる。シャントする材料は金属や半導体を用いることができる。もし、シャントするために金属を用いれば、接触抵抗(RC )がシャント抵抗として支配的になり、金属の抵抗は、図2の点線で示されるゼロ抵抗の配線で置き換えることができる。
【0019】
上記のように構成したので、従来のIJJと比較して以下のような特性の向上が達成される。
【0020】
(a)図1及び図2に示すように、RS−IJJはシャント抵抗があるために小さい履歴特性と低い電圧のとびを有する。したがって、ミリボルト領域の安定な電圧状態を維持できるので、外部から印加されるセンチメートル波、ミリ波、サブミリ波帯の電磁波と、内部のジョセフソン振動との間の位相ロックを得ることが容易である。
【0021】
(b)図3及び図4に示すように、シャント抵抗は、積層された接合中の各接合間において高周波の電磁的な結合を強める。また、図5に示すように、各接合のジョセフソン電圧V(1) …V(i) …振動は、結合回路Rs(シャント抵抗)と全接合Jに同じ周波数の電流Ieを誘起する。
【0022】
この電流は全ての接合の位相をロックすることができる。このような電磁気的な相互作用は(ジョセフソン周波数近傍の)高周波電流によるもので、いわゆる高周波電磁気結合である。これが得られることにより、分流するインピーダンスは、接合のジョセフソン周波数において接合インピーダンスのオーダーになるはずである。
【0023】
(c)このシャント構造は、IJJの有効的な磁界侵入厚さを増加させないので、高い静磁場(〜1テスラ)中でも高臨界電流を維持することができる。故にRS−IJJは高磁界中で動作する検出器として非常に有望である。
【0024】
本発明によれば、上記のような特性に基づき、以下のような応用が期待される。
【0025】
〔A〕超放射電磁波発振器
ジョセフソン接合装置は一般に電圧−周波数変換器とみなすことができる。直流電圧Vを接合に印加すると、ジョセフソン電流は周波数f=KJ V(KJ =483597.9GHz/V;ジョセフソン定数)で振動する。しかしながら、一つの接合からの電磁波放射出力は比較的小さい。RS−IJJは高周波結合回路(シャント抵抗)により、各接合の位相を同相にすることができるので、N2 に比例するような出力を示すといった、超放射状態が現れると考えられる。ここでNは積層構造中の接合の数である。このような発振器はSIS検出器の局部発振器など、数多くの応用に適している。
【0026】
〔B〕高精度なジョセフソンD/A変換器
図6は本発明に係るRS−IJJで構成されたジョセフソンD/A変換器の模式図である。
【0027】
この図において、×はジョセフソン接合、Rs はシャント抵抗であり、デジタル入力バイアス電流(二進数000...001010)が印加されると、アナログ出力電圧Va- out (0+2×V0 +0+8×V0 +0=10V0 )を得ることができる。なお、各ビットに対応する素子は特定の接合数からなる接合数のスタックであり、15は直流電源、16はバイアス抵抗である。
【0028】
積層接合中の各IJJの均一性と、その最密構造により、マイクロ波応答はどの接合でも同じであると考えられる。図6(a)に示すように、特定の数(N)の接合を直流電流Ib とマイクロ波でバイアスすることにより、図6(b)に示すように、一次のシャピロステップ(1stShapiro step)で量子電圧V=Nfrf/KJ が得られる。
【0029】
ここで、frfはマイクロ波周波数である。マイクロ波の周波数は非常に良く制御できるため、異なるNの接合アレイで生じる電圧を加算することで、高精度なD/A変換器を作製することができる。
【0030】
〔C〕周波数ミキサー
C N 積が数ミリボルトにもなるため、特性周波数(接合が動作できる上限周波数)が数テラヘルツにまで至る。ここで、IC は臨界電流、RN は常伝導抵抗である。加えて、電流−電圧特性上に安定な低電圧領域が存在するため、分光計測や周波数計測に向けたミキシングの実験を行うためにRS−IJJを用いることは非常に有用である。
【0031】
図7は本発明に係る抵抗シャント固有ジョセフソン接合を用いた周波数ミキサーの構成図である。
【0032】
この図において、21は突起部が形成されるBSCCO、22はそのBSCCO21の突起部の上面に形成されるAu電極、23はそのBSCCO21の突起部の両側に形成されるシャント抵抗材としてのAuである。
【0033】
また、Au電極22からdcバイアスが加えられた電流が印加され、BSCCO21はアースされ、電流源には結合コンデンサ24を介して増幅器25が接続されている。
【0034】
そこで、この周波数ミキサーに周波数fS とfLOが作用すると、これらの周波数fS とfLOがミキシングされ、fIF=|fS −NfLO|を得ることができる。
【0035】
すなわち、局所振動器(fLO)の信号周波数(fS )とN番目の高調波との差異に等しい中間周波数(fIF)により、この中間周波数(fIF)における出力レベルは、ジョセフソン接合の持つ特徴に強く依存している。
【0036】
従って、高調波合成は、高周波照射、またはIJJに存在する発光に対する反応を調査するための有用なプローブとなり得る。一方、低周波(fIF,fLO)における周波数の安定性と測定精度は、非常に高い周波数(fS )へ移行することが可能である。高調波合成は、例えば位相ロックした(phase−locked)振動器を作製するのに用いることが可能である。
【0037】
本発明の新しい抵抗的にシャントしたIJJを用いて、非常に高いIF出力を取得する可能性がある。
【0038】
なお、RS−IJJを構成する銅酸化物高温超電導体として、BSCCOを用いた例について述べたが、Tl−Ba−Ca−Cu−O(TBCCO)又は酸素欠損型Y−Ba−Cu−O(YBCO)の単結晶又は薄膜を用いるようにしてもよい。
【0039】
〔D〕オンチップ検出器
高温超電導体内のプラズマ振動を観測するためには、必然的にIJJと他の素子のチップ上に検出器を作製しなければならない。
【0040】
図8及び図9はBSCCO単結晶上に作製された長尺状の固有ジョセフソン接合中の磁束フロー振動を検出するためにRS−IJJを用いた例である。
【0041】
図8と図9の構造における主な差異は、マイクロ波放射の結合方法にある。
【0042】
図8におけるマイクロ波放射の結合は直接的な結合ではない。
【0043】
BSCCO単結晶からなる長尺状の固有ジョセフソン接合を有する他の素子(FFO:Flux Flow Oscillator:磁束フロー振動器)32からの発光はフリースペースへ進行し、RS−IJJからなる検出器33と結合する。
【0044】
図8において、31はチップ、32はそのチップ31上に形成された、BSCCO単結晶からなる長尺状の固有ジョセフソン接合を有する他の素子(FFO:Flux Flow Oscillator:磁束フロー振動器)、33はチップ31上に形成され、固有ジョセフソン接合中の磁束フロー振動(プラズマ振動)35を検出するためのRS−IJJからなる検出器であり、この検出器33の側面にはシャント抵抗34が形成される。
【0045】
そこで、FFO32に電流Ibが加えられ、チップ31はアースされ、検出器33から電流Ibに対応した電圧Vが得られる。
【0046】
図9における結合は直接的な結合である。理由としては、超伝導CuO2 (二酸化銅)層が、ロンドンの浸透長よりも非常に薄いためである。チップ41部のIJJの位相変化は、RS−IJJからなる検出器43部のRS−IJJの位相変化に対し多大な影響を及ぼす。
【0047】
図9の場合も同様に、41はチップ、42はそのチップ41上に形成された、BSCCO単結晶からなる長尺状の固有ジョセフソン接合を有する他の素子(FFO)、43はそのFFO42の一端の上部に積層され、固有ジョセフソン接合中の磁束フロー振動(プラズマ振動)45を検出するためのRS−IJJからなる検出器であり、この検出器43の側面にはシャント抵抗44が形成される。
【0048】
そこで、FFO42に電流Ibが加えられ、チップ41はアースされ、検出器43から電流Ibに対応した電圧Vが得られる。
【0049】
したがって、このオンチップ検出器によれば、単結晶上の長尺状の固有ジョセフソン接合中の磁束フロー振動(プラズマ振動)を検出することができる。
【0050】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0051】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【0052】
(A)銅酸化物高温超電導体の固有ジョセフソン接合に流れる電流を分流する抵抗素子(シャント抵抗)を内蔵させ、それを利用する銅酸化物高温超電導体の抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置を提供することができる。
【0053】
(B)ジョセフソン接合装置のシャント抵抗を高周波結合回路となし、電圧−周波数変換機能を付加して、超放射電磁波発振器を得ることができる。
【0054】
(C)ジョセフソン接合装置の特定の数の接合を直流電流とマイクロ周波数でバイアスし、一次のシャピロステップで量子電圧を得ることにより、高精度なジョセフソンD/A変換器を得ることができる。
【0055】
(D)ジョセフソン接合装置のシャント抵抗を金属材となし、異なる周波数のミキシングを行う周波数ミキサーを得ることができる。
【0056】
(E)磁束フロー振動を的確に検出することができるオンチップ検出器を得ることができる。
【0057】
上記したように、超放射電磁波発振器、高精度なジョセフソンD/A変換器、周波数ミキサー、オンチップ検出器など広範な適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例を示す抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置の構成図である。
【図2】 本発明の第1実施例を示す抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置の等価回路図である。
【図3】 本発明の第2実施例を示す抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置の構成図である。
【図4】 本発明の第2実施例を示す抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置の等価回路図である。
【図5】 本発明に係る各接合のジョセフソン電圧振動は、結合回路(シャント抵抗)と全接合に同じ周波数の電流を誘起し、この電流全ての接合の位相をロックすることを説明する図である。
【図6】 本発明に係るRS−IJJで構成されたジョセフソンD/A変換器の模式図である。
【図7】 本発明に係る抵抗シャント固有ジョセフソン接合を用いた周波数ミキサーの構成図である。
【図8】 本発明に係るBSCCO単結晶上に作製された長尺状の固有ジョセフソン接合中の磁束フロー振動の検出装置の構成図(その1)である。
【図9】 本発明に係るBSCCO単結晶上に作製された長尺状の固有ジョセフソン接合中の磁束フロー振動の検出装置の構成図(その2)である。
【符号の説明】
1,11,21 突起部が形成されるBi−Sr−Ca−Cu−O(BSCCO)
2,12,22 Au電極
3,14,34,44 シャント抵抗
13 絶縁材料
15 直流電源
16 バイアス抵抗
23 シャント抵抗(Au)
24 結合コンデンサ
25 増幅器
31,41 チップ
32,42 FFO(他の素子)
33,43 検出器
35,45 磁束フロー振動(プラズマ振動)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a resistance shunt intrinsic Josephson junctions equipment using copper oxide high-temperature superconductor.
[0002]
[Prior art]
In recent years, various weakly coupled Josephson elements such as crystal grain boundaries and step edges using a copper oxide high-temperature superconductor have attracted attention because they can operate at a liquid nitrogen temperature (77 K). As weakly coupled Josephson elements, elements having various structures such as (1) bridge type, (2) point contact type, and (3) proximity effect type have been proposed. Since these elements have a very small capacitance floating in the weak coupling portion, there is no history in the current-voltage characteristics. A superconducting quantum interference device is composed of a superconductor closed circuit including a Josephson device and is used as an ultrasensitive magnetic sensor.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, as a conventional Josephson element using a copper oxide high-temperature superconductor, a resistance element (shunt resistor) that shunts a current flowing through its intrinsic Josephson junction (IJJ) is built in and used. There is nothing to do.
[0004]
The present invention is, in view of the above situation, the resistance element for shunting the current flowing through the intrinsic Josephson junctions of copper oxide high-temperature superconductor (shunt resistance) is built, a resistor shunt intrinsic Josephson junctions equipment that use them The purpose is to provide.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides
[ 1 ] In a resistance shunt intrinsic Josephson junction device, a copper oxide high-temperature superconductor having a protrusion, an insulating material formed on a side of the protrusion of the copper oxide high-temperature superconductor, and the insulating material And a shunt resistor material formed so as to bridge the current, and a current is applied from the upper surface of the protrusion, and the current is derived from the copper oxide high-temperature superconductor.
[0006]
[2] The resistance shunt intrinsic Josephson junction device described in [1] Symbol mounting, the copper oxide high-temperature superconductor, Bi-Sr-Ca-Cu -O (BSCCO), Tl-Ba-Ca-Cu-O It is a single crystal or a thin film of (TBCCO) or oxygen-deficient Y-Ba-Cu-O (YBCO).
[0007]
[ 3 ] The super-radiation electromagnetic wave oscillator is configured by adding the voltage-frequency conversion function to the shunt resistance of the Josephson junction device inherent in the resistance shunt described in [1] as a high-frequency coupling circuit.
[0008]
[ 4 ] Josephson D / A conversion by biasing a specific number of junctions of the resistance shunt intrinsic Josephson junction device according to [1] above with a direct current and a micro frequency, and obtaining a quantum voltage by a primary Shapiro step. It constitutes a container.
[0009]
[ 5 ] The resistance shunt-specific Josephson junction device according to [1] is characterized in that the shunt resistance is made of a metal material, and a frequency mixer is provided that performs mixing at different frequencies.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0011]
A feature of the present invention is to use a resistance element (shunt resistor) that shunts a current flowing through an intrinsic Josephson junction (IJJ) of a copper oxide high-temperature superconductor. The IJJ having this new structure is named as a resistance shunt intrinsic Josephson junction (RS-IJJ) device.
[0012]
FIG. 1 is a configuration diagram of a resistance shunt-specific Josephson junction device showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the resistance shunt-specific Josephson junction device.
[0013]
In these figures, 1 is Bi-Sr-Ca-Cu-O (BSCCO) on which the protrusion is formed, 2 is an Au electrode formed on the upper surface of the protrusion of the BSCCO1, and 3 is the protrusion of the BSCCO1. It is a shunt resistor formed on both sides. The shunt resistor 3 is made of a metal or a semiconductor that is equal to or lower than the normal conduction resistance of IJJ.
[0014]
When the BSCCO 1 is grounded and the current I is supplied from the Au electrode 2, shunt resistors Rc and Rs are formed in parallel with the Josephson junctions J (1) ... J (i) . , Shunt current.
[0015]
FIG. 3 is a configuration diagram of a resistance shunt-specific Josephson junction device showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the resistance shunt-specific Josephson junction device.
[0016]
In these figures, 11 is Bi-Sr-Ca-Cu-O (BSCCO) on which a protrusion is formed, 12 is an Au electrode formed on the upper surface of the protrusion of BSCCO 11 , and 13 is a protrusion of BSCCO 11 . Insulating materials 14 formed on both sides of the insulating material 13 are shunt resistors formed so as to bridge the insulating materials 13. The shunt resistor 14 is made of a metal or a semiconductor that is equal to or lower than the normal conduction resistance of IJJ.
[0017]
When the BSCCO 11 is grounded and the current I is supplied from the Au electrode 12, as shown in FIG. 4, a shunt resistor Rs is formed in parallel with a series circuit of Josephson junctions J (1) ... J (i) . Shunt current.
[0018]
The BSCCO 11 can be replaced with another copper oxide superconductor. The upper Au electrode 12 can be replaced with another metal or a conventional superconductor. The shunt material can be a metal or a semiconductor. If a metal is used for shunting, the contact resistance (R C ) becomes dominant as the shunt resistance, and the resistance of the metal can be replaced by a zero resistance wiring shown by the dotted line in FIG.
[0019]
Since it is configured as described above, the following improvement in characteristics is achieved as compared with the conventional IJJ.
[0020]
(A) As shown in FIGS. 1 and 2, RS-IJJ has a small hysteresis characteristic and a low voltage jump due to the shunt resistance. Therefore, since a stable voltage state in the millivolt region can be maintained, it is easy to obtain a phase lock between the externally applied centimeter wave, millimeter wave, and submillimeter wave electromagnetic waves and the internal Josephson oscillation. is there.
[0021]
(B) As shown in FIGS. 3 and 4, the shunt resistor enhances high-frequency electromagnetic coupling between the junctions in the laminated junction. As shown in FIG. 5, the Josephson voltage V (1) ... V (i) ... Vibration of each junction induces a current Ie having the same frequency in the coupling circuit Rs (shunt resistor) and all the junctions J.
[0022]
This current can lock the phase of all junctions. Such an electromagnetic interaction is due to a high-frequency current (near the Josephson frequency), which is so-called high-frequency electromagnetic coupling. By obtaining this, the shunting impedance should be on the order of the junction impedance at the junction's Josephson frequency.
[0023]
(C) Since this shunt structure does not increase the effective magnetic penetration depth of IJJ, a high critical current can be maintained even in a high static magnetic field (˜1 Tesla). Therefore, RS-IJJ is very promising as a detector that operates in a high magnetic field.
[0024]
According to the present invention, the following applications are expected based on the above characteristics.
[0025]
[A] Superradiant electromagnetic wave oscillator A Josephson junction device can generally be regarded as a voltage-frequency converter. When a DC voltage V is applied to the junction, the Josephson current oscillates at a frequency f = K J V (K J = 483597.9 GHz / V; Josephson constant). However, the electromagnetic radiation output from one junction is relatively small. Since RS-IJJ can make the phase of each junction in-phase by a high-frequency coupling circuit (shunt resistor), it is considered that a super-radiation state in which an output proportional to N 2 is exhibited appears. Here, N is the number of junctions in the laminated structure. Such an oscillator is suitable for many applications, such as a local oscillator in a SIS detector.
[0026]
[B] High-Accuracy Josephson D / A Converter FIG. 6 is a schematic diagram of a Josephson D / A converter composed of RS-IJJ according to the present invention.
[0027]
In this figure, × Josephson junctions, R s is a shunt resistor, when the digital input bias current (binary 000 ... 001010) is applied, the analog output voltage V a- out (0 + 2 × V 0 + 0 + 8 × V 0 + 0 = 10V 0 ) can be obtained. The element corresponding to each bit is a stack having a specific number of junctions, 15 is a DC power source, and 16 is a bias resistor.
[0028]
Due to the uniformity of each IJJ in the laminated junction and its close-packed structure, the microwave response is considered to be the same for every junction. As shown in FIG. 6 (a), by biasing a specific number (N) of junctions with a direct current Ib and microwaves, as shown in FIG. 6 (b), a primary Shapiro step (1 st Shapiro step) is performed. In step), the quantum voltage V = Nf rf / K J is obtained.
[0029]
Here, f rf is the microwave frequency. Since the frequency of the microwave can be controlled very well, a high-precision D / A converter can be manufactured by adding the voltages generated in different N junction arrays.
[0030]
[C] the frequency mixer I C R N product also becomes few millivolts, the characteristic frequency (upper limit frequency bonding can operate) reaches up to several terahertz. Here, I C is a critical current and RN is a normal resistance. In addition, since there is a stable low voltage region in the current-voltage characteristics, it is very useful to use RS-IJJ to perform mixing experiments for spectroscopic measurement and frequency measurement.
[0031]
FIG. 7 is a configuration diagram of a frequency mixer using a resistance shunt intrinsic Josephson junction according to the present invention.
[0032]
In this figure, 21 is a BSCCO on which a projection is formed, 22 is an Au electrode formed on the upper surface of the projection of the BSCCO 21, and 23 is Au as a shunt resistance material formed on both sides of the projection of the BSCCO 21. is there.
[0033]
A current to which a dc bias is applied is applied from the Au electrode 22, the BSCCO 21 is grounded, and an amplifier 25 is connected to the current source via a coupling capacitor 24.
[0034]
Therefore, when the frequencies f S and f LO act on this frequency mixer, the frequencies f S and f LO are mixed, and f IF = | f S −Nf LO | can be obtained.
[0035]
That is, because of the intermediate frequency (f IF ) equal to the difference between the signal frequency (f S ) of the local vibrator (f LO ) and the Nth harmonic, the output level at this intermediate frequency (f IF ) is the Josephson junction. It strongly depends on the characteristics of.
[0036]
Thus, harmonic synthesis can be a useful probe for investigating the response to high frequency irradiation or luminescence present in IJJ. On the other hand, the frequency stability and measurement accuracy at low frequencies (f IF , f LO ) can be shifted to a very high frequency (f S ). Harmonic synthesis can be used, for example, to make a phase-locked vibrator.
[0037]
With the new resistively shunted IJJ of the present invention, it is possible to obtain very high IF output.
[0038]
In addition, although the example using BSCCO was described as a copper oxide high temperature superconductor which comprises RS-IJJ, Tl-Ba-Ca-Cu-O (TBCCO) or oxygen-deficient Y-Ba-Cu-O ( YBCO) single crystal or thin film may be used.
[0039]
[D] On-chip detector In order to observe the plasma oscillation in the high-temperature superconductor, a detector must be fabricated on the chip of IJJ and other elements.
[0040]
8 and 9 are examples using the RS-IJJ to detect magnetic flux flow oscillation elongated in intrinsic Josephson junctions fabricated on BSCCO single crystal.
[0041]
The main difference between the structures of FIGS. 8 and 9 is the method of coupling microwave radiation.
[0042]
The coupling of microwave radiation in FIG. 8 is not a direct coupling.
[0043]
BSCCO other elements having an elongated intrinsic Josephson junction consisting of a single crystal (FFO: Flux Flow Oscillator: flux flow vibrator) 3 2 or these emission proceeds to the free space, the detector comprising a RS-IJJ 3 Combine with 3.
[0044]
8, 31 chips, other elements having 32 thereof formed on the chip 31, elongated intrinsic Josephson junction consisting of BSCCO single crystal (FFO: Flux Flow Oscillator: flux flow agitator) Reference numeral 33 denotes a detector formed of RS-IJJ that is formed on the chip 31 and detects magnetic flux flow vibration (plasma vibration) 35 in the intrinsic Josephson junction. A shunt resistor 34 is provided on a side surface of the detector 33. It is formed.
[0045]
Therefore, the current Ib is applied to the FFO 32, the chip 31 is grounded, and the voltage V corresponding to the current Ib is obtained from the detector 33.
[0046]
The bonds in FIG. 9 are direct bonds. The reason is that the superconducting CuO 2 (copper dioxide) layer is much thinner than the penetration depth in London. The phase change of IJJ in the chip 41 part has a great influence on the phase change of RS-IJJ in the detector 43 part made of RS-IJJ.
[0047]
Also in the case of FIG. 9, 41 chips, 42 formed on the chip 41, other elements having an elongated intrinsic Josephson junction consisting of BSCCO single crystal (FFO), 43 is the FFO42 It is a detector made of RS-IJJ for detecting magnetic flux flow vibration (plasma vibration) 45 in the upper part of one end and detecting the intrinsic Josephson junction. A shunt resistor 44 is formed on the side surface of the detector 43. The
[0048]
Therefore, the current Ib is applied to the FFO 42, the chip 41 is grounded, and the voltage V corresponding to the current Ib is obtained from the detector 43.
[0049]
Therefore, according to the on-chip detector, capable of detecting a magnetic flux flow oscillation in the intrinsic Josephson junction elongated on a single crystal (plasma oscillation).
[0050]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
[0051]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the following effects can be obtained.
[0052]
(A) A resistance element (shunt resistor) that shunts the current flowing in the intrinsic Josephson junction of a copper oxide high temperature superconductor is built in, and a resistance shunt intrinsic Josephson junction device for a copper oxide high temperature superconductor is provided. can do.
[0053]
(B) The super-radiation electromagnetic wave oscillator can be obtained by using the shunt resistance of the Josephson junction device as a high-frequency coupling circuit and adding a voltage-frequency conversion function.
[0054]
(C) A high-precision Josephson D / A converter can be obtained by biasing a specific number of junctions of a Josephson junction device with a direct current and a micro frequency and obtaining a quantum voltage by a primary Shapiro step. .
[0055]
(D) It is possible to obtain a frequency mixer that performs mixing at different frequencies by making the shunt resistance of the Josephson bonding device a metal material.
[0056]
(E) An on-chip detector capable of accurately detecting magnetic flux flow vibration can be obtained.
[0057]
As described above, a wide range of applications such as a superradiant electromagnetic wave oscillator, a highly accurate Josephson D / A converter, a frequency mixer, and an on-chip detector are possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a resistance shunt-specific Josephson junction device showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the resistance shunt intrinsic Josephson junction device showing the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a resistance shunt intrinsic Josephson junction device showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a resistance shunt intrinsic Josephson junction device showing a second embodiment of the present invention.
[5] Josephson voltage oscillation of the bonding according to the present invention is to induce a current of the same frequency in all joined to the coupling circuit (shunt resistor), the current will be described to lock the phases of all the joint FIG.
FIG. 6 is a schematic diagram of a Josephson D / A converter composed of RS-IJJ according to the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of a frequency mixer using a resistance shunt intrinsic Josephson junction according to the present invention.
Is a Figure 8 is a configuration diagram of a magnetic flux flow oscillation of the detection device in the present invention the intrinsic Josephson junction BSCCO single crystal on a fabricated elongated according to (1).
A 9 is a configuration diagram of a magnetic flux flow oscillation detection device of the elongated in intrinsic Josephson junctions fabricated on BSCCO single crystal according to the present invention (Part 2).
[Explanation of symbols]
1,11,21 Bi-Sr-Ca-Cu-O (BSCCO) with protrusions formed
2,12,22 Au electrode 3,14,34,44 Shunt resistor 13 Insulating material
15 DC power supply
16 bias resistor 23 Shunt resistor (Au)
24 coupling capacitor 25 amplifier 31, 41 chip 32, 42 FFO (other elements)
33, 43 Detector 35, 45 Magnetic flux flow vibration (plasma vibration)

Claims (5)

(a)突起部が形成された銅酸化物高温超電導体と、
(b)該銅酸化物高温超電導体の突起部の側部に形成される絶縁材と、
(c)該絶縁材をブリッジするように形成されるシャント抵抗材とを設け、
(d)前記突起部の上面部から電流を印加し、前記銅酸化物高温超電導体から電流を導出することを特徴とする抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置。
(A) a copper oxide high-temperature superconductor having a protrusion formed thereon;
(B) an insulating material formed on the side of the protrusion of the copper oxide high-temperature superconductor;
(C) providing a shunt resistance material formed to bridge the insulating material;
(D) A resistance shunt-specific Josephson junction device, wherein a current is applied from an upper surface portion of the protrusion and the current is derived from the copper oxide high-temperature superconductor.
請求項1記載の抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置において、前記銅酸化物高温超電導体は、Bi−Sr−Ca−Cu−O(BSCCO)、Tl−Ba−Ca−Cu−O(TBCCO)又は酸素欠損型Y−Ba−Cu−O(YBCO)の単結晶又は薄膜であることを特徴とする抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置。In resistance shunt intrinsic Josephson junction device according to claim 1 Symbol placement, the copper oxide high-temperature superconductor, Bi-Sr-Ca-Cu -O (BSCCO), Tl-Ba-Ca-Cu-O (TBCCO) or A resistance shunt intrinsic Josephson junction device characterized by being a single crystal or a thin film of oxygen-deficient Y-Ba-Cu-O (YBCO). 請求項1記載の抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置のシャント抵抗を高周波結合回路となし、電圧−周波数変換機能を付加して超放射電磁波発振器を構成することを特徴とする抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置。  The resistance shunt-specific Josephson junction device according to claim 1, wherein the shunt resistance of the resistance shunt-specific Josephson junction device is a high-frequency coupling circuit, and a super-radiation electromagnetic wave oscillator is configured by adding a voltage-frequency conversion function. . 請求項1記載の抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置の特定の数の接合を直流電流とマイクロ周波数でバイアスし、一次のシャピロステップで量子電圧を得ることにより、ジョセフソンD/A変換器を構成することを特徴とする抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置。  A Josephson D / A converter is constructed by biasing a certain number of junctions of a resistive shunt intrinsic Josephson junction device according to claim 1 with a direct current and a micro frequency and obtaining a quantum voltage in a first-order Shapiro step. A resistance shunt-specific Josephson junction device. 請求項1記載の抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置のシャント抵抗を金属材となし、異なる周波数のミキシングを行う周波数ミキサーを構成することを特徴とする抵抗シャント固有ジョセフソン接合装置。  A resistance shunt-specific Josephson bonding apparatus according to claim 1, wherein the resistance shunt-specific Josephson bonding apparatus comprises a frequency mixer that performs mixing at different frequencies by forming the shunt resistance of a metal material.
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