JPH01125104A - 超電導発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ジョセフソン素子を用いた超電導発振回路に
関するものである。

従来の技術 ジョセフソン・トンネル効果を有するジョセフソン素子
は、通常、第２図に示すように電流電圧特性にヒステリ
シスを持つ。すなわち、電圧（Ｖ）がゼロで電流（Ｉ）
が流れる超電導状態と、有限な電圧を有し、電流が流れ
る電圧状態がある。超電導状態より電圧状態にするには
、ジョセフソン素子にその臨界電流（Ｉ　ｍ）より大き
な電流を流すか、またはジョセフソン素子にその臨界磁
界Ｈｍ以上の磁界を掛けることによって、容易に達成で
きる。

しかし、電圧状態から超電導状態にするには、ジョセフ
ソン素子に掛ける磁界を小さくするだけでなく、ジョセ
フソン素子に流れる電流も十分小さくする必要がある。

このため、従来において、ジョセフソン素子を用いる場
合、交流電源を使用する必要があった（これらの詳細に
ついては、アイビーエムジャーナルオプリサーチアンド
デベロノプメント：　Ｉ　ＢＭ　　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏ
ｆ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　ａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
　１２４巻２号（１９８０年）に述べられている。）。

発明が解決しようとする問題点 しかし、上記従来例の構成では、交流電源駆動回路が必
要となり、構成が複雑になるという問題があった。

本発明は、従来技術の以上のような問題点を解決するも
ので、交流電源を必要とせず、構成が簡単で、高速に動
作させることができるようにした超電導発振回路を提供
することを目的とするものである。

問題点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、一方の端子が接地さ
れた定電流源と、この定電流源の他方の端子に接続され
た第１のジョセフソン素子と、この第１のジョセフソン
素子の他方の端子に一方の端子が接続され、他方の端子
が接地された第１の抵抗と、上記第１のジョセフソン素
子の他方の端子に接続された第１のインダクタンスと、
この第１のインダクタンスの他方の端子に一方の端子が
接続され、他方の端子が接地された第２の抵抗と、上記
定電流源の他方の端子に接続された第３の抵抗と、この
第３の抵抗と接地の間に接続された第２のジョセフソン
素子と、上記第３の抵抗と第２のジョセフソン素子の接
続点に接続された第２のインダクタンスと、この第２の
インダクタンスの他方の端子に一方の端子が接続され、
他方の端子が接地された第４の抵抗とが備えられ、上記
第１のジョセフソン素子と第１のインダクタンスと第２
の抵抗を接続する線の任意の個所が上記第２のジョセフ
ソン素子の近傍を通り、上記第２のジョセフソン素子と
第２のインダクタンスと第４０抵抗と接続する線の任意
の個所が上記第１のジョセフソン素子の近傍を通るよう
に構成されたものである。

作用 本発明は、上記構成により次のような作用を有する。

すなわち、第１のジョセフソン素子が電圧状態により超
電導状態になったとすると、一定の時定数後に第２のジ
ョセフソン素子の近傍に配置された線に電流が流れ、こ
の電流による磁界によって、第２のジョセフソン素子は
前の状態にかかわらず電工状態になる。第２のジョセフ
ソン素子が電圧状態になると、さらに一定時定数後に、
第１のジョセフソン素子の近傍に配置された線に電流が
流れ、これによる磁界によって第１のジョセフソン素子
は超電導状態より電圧状態に変わる。第１のジョセフソ
ン素子が電圧状態になると、第２のジョセフソン素子の
近傍を通る線には、一定時定数後に電流が流れなくなり
、かつ第２のジョセフソン素子には臨界電流以下の電流
しか流れていないため、第２のジョセフソン素子は電圧
状態より超電導状態に変る。第２のジョセフソン素子が
超電導状態になると、一定時定数後に第１のジョセフソ
ン素子の近傍の線には電流が流れなくなり、かつ第１の
ジョセフソン素子には臨界電流以下の電流しか流れてい
ないため、第１のジョセフソン素子は電圧状態より超電
導状態に変る。これを繰り返すことにより、第１または
第２のジョセフソン素子の出力は、ディジタル回路でよ
く知られた無安定マルチ・バイブレータと同様の働きを
することができる。

実施例 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。第１図は本発明の一実施例における超電導発振回
路を示す構成図である。

第１図において、１は回路に電源を供給する直流定電流
源で、一方の端子が接地されている。２は直流定電流源
１の他方の端子に接続された第１のジョセフソン素子、
３は第１のジョセフソン素子２の他方の端子に一方の端
子が接続され、他方の端子が接地された第１の抵抗、４
は第１のジョセフソン素子２の他方の端子に接続された
第１のインダクタンス、６は第１のインダクタンスの他
方の端子に一方の端子が接続され、他方の端子が接地さ
れた第２の抵抗、６は直流定電流源１の他方の端子に接
続された第３の抵抗、７は第３の抵抗６と接地の間に接
続された第２のジョセフソン素子、８は第３の抵抗６と
第２のジョセフソン素子７の接続点に接続された第２の
インダクタンス、９は第２のインダクタンス８の他方の
端子に一方の端子が接続され、他方の端子が接地された
第４の抵抗である。第１のインダクタンス４と第２の抵
抗６を接続する線１ｏが第２のジョセフソン素子７の近
傍を通り、これに流れる電流により発生する磁束が第２
のジョセフソン素子７と鎖交し、第２のインダクタンス
８と第４の抵抗９を接続する線１１が第１のジョセフソ
ン素子２の近傍を通り、これに流れる電流により発生す
る磁束が第１のジョセフソン素子２と鎖交するようにな
っている。

次に上記実施例の動作について説明する。

まず、第１のジョセフソン素子２が電圧状態から超電導
状態に変ったとすると、第１のジョセフソン素子２には
電流が流れ始めるが、線１ｏには第１のインダクタンス
４と第２の抵抗６によって定まる時定数だけ遅れて電流
が流れる。従って、第１のジョセフソン素子２が超電導
になった瞬間には、第１のジョセフソン素子２を流れる
電流は全て第１の抵抗３を通って接地へ流れることにな
る。次に、上記第１のインダクタンス４のインダクタン
ス値と第２の抵抗６の抵抗値によって定まる時定数に相
当する時間後に、線１０に電流が流れ始める。線１０に
電流が流れると、この電流の作る磁界が第２のジョセフ
ソン素子７と鎖交しているため、第２のジョセフソン素
子７はそれ以前の状態にかかわらず電圧状態になる。第
２のジョセフソン素子７が電圧状態になると、線１１に
は、第２のインダクタンス８のインダクタンス値と第４
の抵抗９の抵抗値によって定まる時定数の後、電流が流
れるため、この電流の作る磁界と鎖交している第１のジ
ョセフソン素子２は超電導状態より電圧状態に変わる。

これにより第１のジョセフソン素子２の内部抵抗Ｒ２は
上昇し、定電流源１からの電流はほとんど全て第３の抵
抗６、第２のインダクタンス８、第４の抵抗９を通って
流れるため、第１のジョセフソン素子２．と第１の抵抗
３の接続点の電圧は、はとんど０となり、第１のインダ
クタンス４のインダクタンス値と、第１および第２の抵
抗３および６の抵抗値で定まる時定数後には、線１０に
は、線１０に電流がほとんど流れない状態となり、第１
のジョセフソン素子２と鎖交する磁界は臨界磁界以下と
なる。このとき、第２のジョセフソン素子７の電圧状態
での抵抗値をＲｖ？とし、第４の抵抗９の抵抗値をＲ９
とし、Ｒｖ７＜＜Ｒｇとすると、第２のジョセフソン素
子７を流れる電流が臨界電流以下となっているため、第
２のジョセフソン素子７は電圧状態より超電導状態とな
る。第２のジョセフソン素子７が超電導状態となると、
第２のインダクタンス８のインダクタンス値と第４の抵
抗９の抵抗値で定まる時定数後に、線１１を流れる電流
はゼロとなり、第１のジョセフソン素子２と鎖交する磁
界は、臨界磁界以下となる。一方、第１のジョセフソン
素子２の電圧状態の抵抗をＲｖ２とし、第３の抵抗６の
抵抗値をＲ６とすると、第２のジョセフソン素子７は超
電導状態で、その内部抵抗はゼロであるため、第１のジ
ョセフソン素子２には、Ｒ６・ｉｏ／（Ｒ６＋ＲＶ２）
の電流が流れる（但し、ｉｏは定電流源１の電流である
。）。ここで、ＲＶ２＞＞Ｒ６として、第１のジョセフ
ソン素子２に流れる電流が臨界電流以下となるようにす
ると、第１のジョセフ・ソン素子２は再び、超電導状態
となり、−順したことになり、第３の抵抗６と第２のジ
ョセフソン素子７、あるいは第１のジョセフソン素子２
と第１のインダクタンス４の接続部から発振信号を得る
ことができる。すなわち、ディジタル回路でよく知られ
た無安定マルチバイブレータと同等の動作を行なうこと
ができる。しかも、ジョセフソン素子２．７を用いるこ
とにより、状態変化が早！／）ため、高速動作を行なう
ことができる。なお、発振周波数は抵抗３．６．６．９
の各抵抗値およびインダクタンス４．８のインダクタン
ス値によって定まることは、上記説明より明らかである
。

このように本実施例によれば、第１のジョセフソン素子
２と第１のインダクタンス４と第２の抵抗６を結ぶ線１
０が第２のジョセフソン素子７の近傍を通り、また第２
のジョセフソン素子７と第２のインダクタンス８と第４
の抵抗９を結ぶ線１１が第１のジョセフソン素子２の近
傍を通るようにすることにより、電源を交流化すること
なく、簡単な構成で高速に動作する発振回路を実現する
ことができる。

なお、以上の説明では、第２のジョセフソン素子子の近
傍を通る線１ｏを第１のインダクタンス４と第２の抵抗
６０間に接続した場合について説明したが、線１０の第
２のジョセフソン素子７の近傍を通る個所は第１のジョ
セフソン素子２と第１のインダクタンス４の間、あるい
は第２の抵抗５と接地の間でもよく、また、第１のイン
ダクタンス４と第２の抵抗６を入れ替えてもよい。同様
に線１１の第１のジョセフソン素子２の近傍を通る個所
も、第２のジョセフソン素子７と第２のインダクタンス
８０間、あるいは第４の抵抗９と接地の間であってもよ
く、また、第２のインダクタンス８と第４の抵抗９を入
れ替えてもよい。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、２つのジョセフソン
素子と各々のインダクタンスおよび負荷抵抗を結ぶ線の
任意の個所が他方のジョセフソン素子の近傍を通るよう
にすることにより、電源を交流化することなく、簡単な
構成で高速に動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における超電導発振回路を示
す構成図、第２図はジョセフソン素子の電圧電流特性の
説明図である。 １・・・直流定電流源、２・・・第１のジョセフソン素
子、３°・・第１の抵抗、４゛・・第１のインダクタン
ス、５・・・第２の抵抗、６・・・第３の抵抗、７・・
・第２のジョセフソン素子、８・・・第２のインダクタ
ンス、９・・・第４の抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　一方の端子が接地された定電流源と、この定電流源の
   他方の端子に接続された第１のジョセフソン素子と、こ
   の第１のジョセフソン素子の他方の端子に一方の端子が
   接続され、他方の端子が接地された第１の抵抗と、上記
   第１のジョセフソン素子の他方の端子に接続された第１
   のインダクタンスと、この第１のインダクタンスの他方
   の端子に一方の端子が接続され、他方の端子が接地され
   た第２の抵抗と、上記定電流源の他方の端子に接続され
   た第３の抵抗と、この第３の抵抗と接地の間に接続され
   た第２のジョセフソン素子と、上記第３の抵抗と第２の
   ジョセフソン素子の接続点に接続された第２のインダク
   タンスと、この第２のインダクタンスの他方の端子に一
   方の端子が接続され、他方の端子が接地された第４の抵
   抗とが備えられ、上記第１のジョセフソン素子と第１の
   インダクタンスと第２の抵抗を接続する線の任意の個所
   が上記第２のジョセフソン素子の近傍を通り、上記第２
   のジョセフソン素子と第２のインダクタンスと第４の抵
   抗と接続する線の任意の個所が上記第１のジョセフソン
   素子の近傍を通るように構成されたことを特徴とする超
   電導発振回路。