T c T>Tc T<Tc 1
T c T c T c Nb 0.01% Al 1µm YBa Cu 3 O 7 1nm (SQUID) SFQ)
'(% T@WG 196 B.D.Josephson 4;J5KL MNO;PQ )RS 4;J5KLMNO; PQ)THUV 1963 J.M.Rowell & P.W.Anderson XY " $%& 6)T)Z[+=\]^ _` ^ab 6)789:;<=>? @ABCDEFG " $%& A B.D. Josepshon $ % & ' ( & $ % & '(&)*+,-./ 01345 A H@IG SIS (Superconductor/Insulator/Superconductor),-./0 SNS (Superconductor/Normal-Metal/Superconductor)./01314 Al Al )*+' )*+',-)*,-)* Nb "$%&'( )*+,-.' "$%&'()*+ J R Al Al O 3 Nb & & "$% 3
-./07 (K) 130 10 1 0 90 80 70 60 50 40 30 0 0 160K 1993.7 Hg-Ba-Ca-Cu-O 1993.5 1988.3 Tl-Ba-Ca-Cu-O 1988. Bi-Sr-Ca-Cu-O 1988. 1987.6 1987.3 Y-Ba-Cu-O "% & 1987. La-Sr-Cu-O 1987.1 1986.1 La-Ba-Cu-O 1986.1 1986.4 Nb 3 Ge V 3 Si Nb-Al-Ge NbN NbC Nb 3 Ge Pb Nb Hg "$ 19 1930 1950 1970 1990 8 '()*+,-./01,3456 A/D RSFQ) Bi3 (1kmx4mmx0.5mm) 61 00A(77K) 40A(0K) Bi1 (mm 130 000A (4K) Conductus 4
高温超伝導体と金属超伝導体のdc SQUID 高温超伝導ＳＱＵＩＤの感度 Magnetic Fields - Orders of Magnitude -15 1 ft = -19 T = Gauss static magnetic field of the earth Magnetic field [ ft/hz1/ ] Noise in 8 6 in a ital t lab meg neti c nois e geo 4 Hear t Br ain LTS SQUI D 1 0.1 Power line noise 50/60 Hz in open environm ent a hosp quie Heart HTS SQUID shielded room of PTB Berlin 1 Frequency (Hz) 0 00 (A. I. Braginski) 金属超伝導 dc SQUID Nb/Al ジョセフソン接合 高温超伝導 dc SQUID YBCO biepitaxial 粒界ジョセフソン接合 高温超伝導回路の微細化がまだ不十分 単一磁束量子素子 ＲＳＦＱ 単一磁束量子素子 K. Likharev K. Likharev SiとSFQのCPUクロックの比較トレンド K. Likharev 5
J c Low T c Native Oxide High T c Native Oxide 3 " 01' 9% 678 0134./% 3.5 tilt YBCO Grain boundary $%&'()*&'()*+),-)%&./ "$%&'()*+,-$.$%&/0&+,1&,-$345 "$%&'()'*+'$,-./01,-( 34567 89: "$%&'$()($*+ "$%&'(%)*+,'-".$/01 HTS $%& -. /01$345 '() 1345 9:) 67) *+) 678 HTS,$%& /01$8345 step junction 31 tilt YBCO Grain boundary "$%&'()'*+,%$-./0 "$%&'$()*+, (h) Edge or Ramp edge " Rev. Mod. Phys. 74,485 LTS/ SIS) SNS) 6
)-0/ Ambegaokar-Baratoff = " T 0 " er N R N R N R N J c " "( R N J c 0.5 " " $ " % " & " ' J )*+,-.../ c SRL 0.5 R N J c R N I c R N e Bi-Sr-Ca-Cu-O V - V+ I+ I - Au SiO Au SiO Au 5nm 0 Bi-Sr-Ca-Cu-O 0μm 7
微小メサ構造パタン1/3 μm x μm Mesa Pattern 微小メサ構造パタン/3 5μm x 5μm Mesa Pattern 01101-3 x400 μm x μm Mesa Pattern 01101-9 x400 5μm x 5μm Mesa Pattern 0111-5C x400 BiSrCaCuO8+δ固有ジョセフソン接合のトンネル特性 01108-6 x400 高温超伝導体のシャピロ ステップ BiSr CaCuO8+δ 微小メサ素子の電流電圧特性 0. ma/div 0mV/div 15 K 5mA/div 500mV/div 結果は R N 積はたかだか mv 粒界ジョセフソン接合と同じ 固有ジョセフソン接合を用いたトンネル分光 超伝導ギャップと Wang et al. PRL 001 15 K 1.6GHzで動作 短パルス固有トンネル分光 RN 常伝導トンネル抵抗を測定する Pattern B 1. Tm Ic = " ern T0 " 短パルストンネル測定回路 Current (ma) 1 0.8 0.6 0.4 0. 0 トンネル分光 固有ジョセフソン接合の電流電圧特性 t1 0 1 t t3 3 4 Time (µs) 問題点と対策 １ 発熱の抑制 a 微小 極薄メサ構造 b 短パルス法 300 ns ２ メサ試料降伏電圧の改善 a 複合パルス波形の使用 8
Bi Sr CaCu O 8+δ 300ns Ambegaokar-Baratoff R N mv / e " 60mV AB Δ/e 0mV R N R N Bi Sr Ca Cu 3 O +δ (Bi3 ) T c =96K T c =7K Bi Sr Ca Cu 3 O +δ (Bi3 ) K 11K 0.mA/div 0mV/div 0.5mA/div 0mV/div Δ/e =8mV Δ/e =79mV Δ/e =65mV Δ Δ Δ T c (K) J c ( 3 A/cm ) S G (mev) 10 1 0 90 90 80 70 60 8 6 4 0 (a) T c, J c, Δ /e Bi Sr Ca Cu 3 O +δ 0 4 6 8 1 14 (b) 0 4 6 8 1 14 (c) T c Inner CuO outer CuO 15 Δ/e 0.65 1/ R N Δ 50 0 4 6 8 1 14 (S cm -1 c ) 4.7 9
Ambegaokar-Baratoff Ambegaokar-Baratoff = " T 0 " er N Δ 0.65 4.7 1/ R N 3.1 15 S I S ( f S = Δ SG f S Δ SG f S 1-f S f S σ c 4.7 0.65 14.4 5 R N Fraunhofer self-shunted-junction Ioffe c large junction STS
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