高転移温度金属超伝導体を用いた単一超伝導電子対デバイスの作製

利用高转变温度金属超导体制备单超导电子对器件

基本信息

批准号：
13750297
负责人：
水柿義直
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Electro-Communications (2002)Tohoku University (2001)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750297/
关键词：
クーロンブロッケイドトンネリング接合ジョセフソン効果モンテカルロ法電流ミラー単一磁束量子ポンプニオブ接合双対性ジョセフソン接合クーロンブロッケード金属超伝導体トンネリング A D変換器容量型電圧分配機ジョセフソンプラズマ斜め蒸着法

项目摘要

本年度においては、まず単一電子デバイスと超伝導単一磁束量子デバイスの双対性に着目し、電子を1個ずつ輸送する単一電子デバイスとして知られている単電子ポンプと双対の関係にある単一磁束量子ポンプの設計を行った。回路をニオブ接合集積回路プロセスにより作製し、測定の結果、12GHzまでの高周波信号印加時に単一磁束量子ポンプ動作の特徴であるゼロ・クロス・ステップ(零バイアス電流軸を横切るシャピロ・ステップ)が確認された。測定結果は数値計算により検証され、高周波信号の位相差なども見積もられた。この単一磁束量子ポンプでは、ヒステリシスのないジョセフソン接合を正弦波高周波信号で駆動した場合においてもゼロ・クロス・ステップが得られることから、米国の国家標準局や日本の産業技術総合研究所にて精力的に研究されているプログラマブル・ジョセフソン電圧標準に対して、新しい基本構成素子として応用が可能である。また、クーロンブロッケイドを利用した単電子トンネリング接合のアレイを用いた電流ミラーについての数値計算を行った。数値計算においてはモンテカルロ法を用いた。これまでの単電子エレクトロニクスにおける電流ミラーにおいては、多数の微小トンネル接合を直列に接続した1次元アレイを2本用意し、それらを多数の容量で結合させる方式が取られてきたが、本研究により、多数の接合からなる1次元アレイと4つ接合からなる単電子ターンスタイルを1個の容量を介して結合することでも電流ミラー効果が得られることが判明した。さらに、数々の動作条件について検討したところ、適切な動作点にバイアスすることで、従来の方式と同程度の電流ミラー効果が実現できることが判明した。

今年首先关注单电子器件与超导单通量量子器件的对偶性，重点关注单电子器件与超导单通量量子器件的对偶性，对单电子泵浦，这被称为单电子器件，它设计了一种单通量量子泵。该电路采用铌结集成电路工艺制造，测量结果证实了零交叉阶跃（跨越零偏置电流轴的夏皮罗阶跃），这是单通量量子泵操作的特征，当应用高频率信号高达 12 GHz 已完成。通过数值计算验证了测量结果，并且还估计了高频信号的相位差。这种单通量量子泵即使在正弦高频信号驱动无磁滞约瑟夫森结时也能获得过零阶跃，因此得到了美国国家标准局和国家研究院的认可它可以作为一种新的基本组件应用于正在积极研究的可编程约瑟夫森电压标准。我们还使用库仑阻塞的单电子隧道结阵列对电流镜进行了数值计算。数值计算中采用了蒙特卡罗方法。单电子电子学中的传统电流镜是通过制备两个串联多个微隧道结的一维阵列，并将它们与大量电容器耦合来制备的，发现也可以产生电流镜效应。通过单个电容器将许多结点的一维阵列耦合到四个结点的单电子十字转门而获得。此外，在检查了多种工作条件后，发现通过偏置到适当的工作点，可以实现与传统系统相当的电流镜效应。