JPH02194663A - メモリ装置およびスイッチング装置 - 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】 する。

［産業上の利用分野］ 本発明はメモリ装置およびスイッチング装置に係り、特
に不均質節■種超伝導体を用い、その残留磁化を利用し
て動作させるメモリ装置およびスイッチング装置に関す
る。

［従来の技術］ 近年、臨界温度が液体窒素の沸点＜７７Ｋ）を越える酸
化物高温超伝導体が発見され、エレクトロニクス分野で
の超伝導体現象の利用が期待されている。

そして従来、超伝導体を利用したメモリ素子やスイッチ
ング素子としては、ジョセフソン素子が用いられている
０例えばジョセフソン素子を用いたメモリ素子において
は、超伝導線で作った閉ループに流れる電流の有無やそ
の向きの違いにより“０”、１”の情報を記憶し、その
超伝導閉ループにゲートとして挿入した１個または２個
のジョセフソン素子により書込みを行ない、またループ
電流が発生する磁界を検出したりループ電流による閾ｆ
ｉｉｉｘの変化を検出したりすることにより読出しを行
なっている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来のジョセフソン素子を用いたメ
モリ素子は、デジタルメモリのみでアナログメモリとし
ての機能は有してなかった。

また、十分に大きなＳ／Ｎ比がとれないという問題もあ
った。さらに、構造も複雑で製作が容易でないという問
題もあった。

そこで本発明は、Ｓ／Ｎ比が大きく、また構造も簡単で
製作が容易な、デジタルメモリおよびアナログメモリと
しての機能を有するメモリ装置およびスイッチング装置
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、不均質節■種超伝導体の残留磁化を利用
するという新しい原理を用いたメモリ装置およびスイッ
チング装置により、上記課題を解決した。

すなわち上記課題は、所定の電流により残留磁化が発生
し、臨界電流以上の電流により前記残留磁化が消去され
る超伝導体で作られたメモリ線と、前記メモリ線の残留
磁化量を読み収る検出素子とを有することを特徴とする
メモリ装置によって達成される。

また、上記課題は、所定の電流により残留磁化が発生し
、臨界電流以上の電流により前記残留磁化が消去される
超伝導体で作られたコントロール線と、前記コントロー
ル線の前記残留磁化の有無によってオンオフするスイッ
チング素子とを有することを特１とするスイッチング装
置によって達成される。

［作　用］ 第■種超伝導体は下部臨界磁場Ｈｃ　＋以上の磁場が印
加されると、完全マイスナー状態が壊れ、磁化される。

不均質節■種超伝導体の場合、この磁化は印加磁場を収
り除いても完全にはなくならず、残留磁化Ｍｒとして導
体中に残る。この残留磁化Ｍｒの大きさは、不均質節■
種超伝導体が経験した最高磁場により決まる。そして不
均質節■種超伝導体の超伝導特性や形状に依存して決ま
る磁場侵入度Ｈｐの２倍以上の磁場では、残留磁化Ｍｒ
は飽和する。′＆たこの残留磁化Ｍｒは、例えば臨界電
流以上の電流を流す等によって超伝導状態を壊すことに
より、消去される。

従って、本発明は、不均質節■種超伝導体で作られたメ
モリ線に所定の電流を流して形成した残留磁化状態がデ
ジタルメモリ信号となり、残留磁化の有無が検出素子に
よって読み取られることにより、デジタルメモリ装置と
して機能する。

また、不均質節■種超伝導体で作られたメモリ線に所定
の電流を流して発生した残留磁化量がアナログメモリ信
号となり、この信号が検出素子によって読み取られるこ
とにより、アナログメモリ装置として機能する。

さらにまた、不均質第■種超伝導体部の残留磁化状態に
応じて、スイッチング素子がオンオフすることにより、
スイッチング装置として機能する。

［実施例］ 以下、本発明を図示する実施例に基づいて具体的に説明
する。

第１図は本発明の第１の実施例によるメモリ装置を示す
斜視図である。

基板（図示せず）上に、不均質第■種超伝導体である例
えばＹ　Ｂ　ａ　２　Ｃｕ　ｓ　０７−Ｘで作られたメ
モリ線２が設けられている。そしてこのメモリ線２上に
、絶縁層（図示せず）を介して、検出素子としての例え
ばニオブＮｂを用いたブリッジ型ジョセフソン素子４が
設けられている。

そしてこれらのメモリ線２およびブリッジ型ジョセフソ
ン素子４は、温度４，２にの液体ヘリウムによって冷却
されている。なお、この液体ヘリウムの代わりに、温度
７７にの液体窒素を用いてもよい。

次に、第２図を用いて、第１の実施例の動作を説明する
。

第２図は、ＹＢａｚ　Ｃｕｐ　０７−Ｘで作られたメモ
リ線２に流す書込／消去のための電流Ｉとその電流Ｉに
よって内部に発生ずる残留磁化Ｍｒとの関係を示すグラ
フである。

いま、Ｙ　Ｂ　ａ　２　Ｃｕ　ｓ　Ｏ７−Ｘで作られた
メモリ線２に電流Ｉを流すと、この電流Ｉによって自己
磁場が発生する。電流Ｉの値が小さく従って自己磁場が
小さいときには、完全マイスナー効果を示すために、こ
の状態から電流Ｉを取り除いても磁化は残留しない、す
なわち残留磁化Ｍｒはゼロである。

次第に電流Ｉを大きくしていき、下部臨界磁場Ｈｃ　＋
に対応する電流ｆｆ１ｌｃｌより大きくなると、磁束は
量子化されてＹ９ａ２ＣｕｓＯ□−Ｘで作られたメモリ
線２に入っていき、第１図に示されたメモリ線２の幅お
よびこのメモリ線２が経験する最高磁場に依存する残留
磁化Ｍｒを示すようになる。すなわちこのときの残留磁
化Ｍｒは、メモリ線２に流れる電流■に比例する。

さらに電流Ｉが大きくなり、自己磁場が磁場１受入度Ｈ
ｐの２倍を越えると、すなわち電流ｒｉＩｐを越えると
、残留磁化Ｍｒは飽和して、一定の値を保持するように
なる。そして電ＩＩが臨界電流Ｉｃを越えると、メモリ
線２における超伝導相は常伝導相に転移し、残留磁化λ
１ｒはセロになる。

こうしてメモリ線２に流れる電流Ｉは、１　ｃ　＋　＜
　Ｉ　＜　Ｉ　ｃ においてメモリ線２に残留磁化Ｍｒを発生させ、Ｉ＞Ｉ
ｃ においてメモリ線２の残留磁化Ｍｒを消去する。

すなわち電流Ｉによって、情報としての残留磁化Ｍｒの
書込み、消去が行なわれる。

そしてこのメモリ線２の残留磁化Ｍｒは、メモリ線２に
近接して設けられているブリッジ型ジョセフソン素子４
のブリッジ６に磁場を印加する。

そしてこの残留磁化Ｍｒによって、ブリッジ型ジョセフ
ソン素子４の臨界電流値が劣化し、電圧が発生する。

メモリ線２の残留磁化がゼロのときのブリッジ型ジョセ
フソン素子４の臨界電流値をｌｃ、残留磁化が印加され
たときの臨界４４流値をＩｗ、飽和残留磁化が印加され
たときの臨界電流値をＩｌｌ、とする。

いま、ブリッジ型ジョセフソン素子４に流す電流■。を １　Ｍ　＜　Ｉ　ｏ　＜　Ｉ　ｃ となるように設定すると、電圧が発生するかしないかに
より、メモリ線２に残留磁化Ｍｒが有るか無いかという
残留状態を、“Ｏ”か“１”かというデジタルメモリ信
号として読み取ることができる。

このようにして、ＹＢａ２Ｃｕｓ　ＯツーＸで作られた
メモリ線２の残留磁化状態を、検出素子としてのブリッ
ジ型ジョセフソン素子４によって読み取ることにより、
デジタルメモリ装置として機能することができる。

次に、アナログメモリ装置として機能させる場合につい
て説明する・。

既に述べたように、ブリッジ型ジョセフソン素子４の臨
界電流値は、メモリ線２における残留磁化Ｍｒに依存し
て決まる。このため、ブリッジ型ジョセフソン素子４に
流す電Ｋｌ。を変化させていき、どの電流値でブリッジ
型ジョセフソン素子４に電圧が発生するかを知ることに
より、メモリ線２がどの程の残留磁化Ｍｒを有している
かという残留磁化量を、アナログメモリ信号として読み
取ることができる。

このようにして、Ｙ　Ｂ　ａ　２　Ｃｕ　、０７−Ｘで
作られたメモリ線２の残留磁化量を、検出素子としての
ブリッジ型ジョセフソン素子４によって読み取ることに
より、アナログメモリ装置として機能することができる
。

このように第１の実施例によれば、不均質筒■種超伝導
体であるＹ　Ｂ　ａ　２Ｃｕ　ｓ　Ｏｔ−ｘによってメ
モリ線２を形成し、そのメモリ線２における残留磁化状
態すなわち残留磁化の有無を、検出素子としてのブリッ
ジ型ジョセフソン素子４によって読み取ることにより、
デジタルメモリ装置とじて機能させることができる。

また、そのメモリ線２における残留磁化量を、検出素子
としてのブリッジ型ジョセフソン素子４によって読み収
ることにより、アナログメモリ装置として機能させるこ
とができる。

次に、本発明の第２の実施例によるメモリ装置を説明す
る。

第３図は本発明の第２の実施例によるメモリ装置を示す
斜視図である。

例えばＹ　Ｂ　ａ　２Ｃｕ　ｓ　Ｏ７−Ｘで作られたメ
モリ線２ａ、２ｂは、それぞれＵ字型形状をなし、互い
に相対している。そしてこれらのメモリ線２ａ２ｂの間
に、それぞれ絶縁層（図示せず）を介して、検出素子と
して例えばニオブＮｂを用いたブリッジ型ジョセフソン
素子４が設けられている。

また、第１の実施例と同様に、これらのメモリ線２ａ、
２ｂおよびブリッジ型ジョセフソン素子４は、液体ヘリ
ウムまたは液体窒素によって冷却されている。

第２の実施例によるメモリ装置の動作は上記第１の実施
例とほとんど同様であるが、第１の実施例において、メ
モリ線２に発生する残留磁化Ｍｒがブリッジ型ジョセフ
ソン素子４のブリッジ６に水平磁場として印加されるの
に対して、第２の実施例においては、メモリ線２ａ、２
ｂの残留磁化Ｍｒによって、ブリッジ型ジョセフソン素
子４のブリッジ６に垂直磁場が印加される。

しかも、ブリッジ型ジョセフソン素子４を挟む２つのＵ
字型形状のメモリ線２ａ、２ｂには、同じ方向に書込／
消去電流Ｉが流されるため、これら２つのメモリ線２ａ
、２ｂの存在による垂直磁場の相乗効果と共に、各メモ
リ線２ａ、２ｂのＵ字型形状による相乗効果も加わって
、ブリッジ型ジョセフソン素子４のブリッジ６に印加さ
れる磁場は極めて強力になる。従って、第２の実施例に
よるメモリ装置は、十分に大きなＳ／Ｎ比をとることが
できる。

このようにして、第２の実施例によるメモリ装！は、第
１の実施例と同様に、デジタルメモリ装置またはアナロ
グメモリ装置として機能することができる。

次に、本発明の第３の実施例によるスイッチング装置を
説明する。

第４図は本発明の第３の実施例によるスイッチング装置
を示す斜視図である。

基板（図示せず）上に、不均質筒■種超伝導体である例
えばＹＢ　ａ２Ｃｕ　３０７−Ｘで作られたコントロー
ル線１２が設けられている。そしてこのコントロール線
１２上に、絶縁層（図示せず）を介して、スイッチング
素子としての例えばニオブＮｂを用いたブリッジ型ジョ
セフソン素子１４が設けられている。

そしてこれらのメモリ線２およびブリッジ型ジョセフソ
ン素子４は、温度４．２にの液体ヘリウムまたは温度７
７にの液体窒素によって冷却されている。

次に、動作を説明する。

上記第１の実施例によるメモリ装置において、書込／消
去電流ｌによるメモリ線２への残留磁化Ｍｒの書込みお
よび消去が行なわれるのと同様にして、コントロール線
１２に流す制御電流Ｉは、コントロール線１２に残留磁
化Ｍｒを発生させ、またその残留磁化Ｍ　ｒを消去させ
る。

そしてこのコントロール線１２の残留磁化Ｍｒによって
、ブリッジ型ジョセフソン索子１４のブリッジ１６に磁
場が印加され、ブリッジ型ジョセフソン素子１４の臨界
電：ａ値が変化して、電圧状態ヘスイッチする。

このようにして、Ｙ　Ｂ　ａ　２　Ｃｕ　ｓ　Ｏ□−８
で作られたコントロール線１２の残留磁化Ｍｒによって
、ブリッジ型ジョセフソン素子１４のスイッチング動作
を行なうことができる。

このように第３の実施例によれば、不均質第■種超伝導
体であるＹＢａ２Ｃｕ、Ｏ□−８によってコントロール
線１２を形成し、そのコントロール線１２に残留磁化Ｍ
ｒを発生させることにより、スイッチング素子としての
ブリッジ型ジョセフソン素子１４にオンオフ動作をおこ
なわせることができる。

次に、本発明の第４の実施例によるスイッチング装置を
説明する。

第５図は本発明の第２の実施例によるスイッチング装置
を示す斜視図である。

例えばＹＢａ、Ｃｕ、Ｏ□−８で作られたコントロール
線１２ａ、１２ｂは、それぞれＵ字型形状をなし、互い
に相対している。そしてこれらのコントロール線１２ａ
、１２ｂの間に、それぞれ絶縁層（図示せず）を介して
、スイッチング素子として例えばニオブＮｂを用いたブ
リッジ型ジョセフソン素子４が設けられている。

第４の実施例によるコントロール装置の動作は、上記第
３の実施例とほとんど同様であるが、第２の実施例によ
るメモリ装置において説明したように、ブリッジ型ジョ
セフソン素子１４を挟む２つのＵ字型形状のコントロー
ル線１２ａ、１２ｂにそれぞれ同じ方向の制御電流Ｉが
流されるため、ブリッジ型ジョセフソン素子１４のブリ
ッジ１６には、強力な垂直磁場が印加されることになる
。

このようにして、第４の実施例によるスイッチング装置
は、第３の実施例と同様に、スイッチ７７機能を奏する
ことができる。

なお、上記第１ないし第４の実施例においては、メモリ
線２またはコントロール線１２として、ＹＢ　ａ２Ｃ（
１ｓ　０７−Ｘを用いているが、これに限らず、不均質
第■種超伝導体であれば何を用いてもよい６例えばＹＢ
ａｔ　Ｃｕｓ　０７−Ｘのアモルファスでもよいし、Ｎ
ｂｘ　ＳｎやＶ　ｓ　Ｇ　ａなどの化合物またはこれら
のアモルファスであってもよい。

これらはいずれも製作が容易であり、また残留磁化が大
きいため、メモリ装置のＳ／Ｎ比を大きくすることがで
きる。

また、上記第１ないし第４の実施例においては、検出素
子またはスイッチング素子として、ブリッジ型ジョセフ
ソン索子４，１４を用いているが、この型に限らず、ポ
イント接合型ジョセフソン素子、トンネル接合型ジョセ
フソン素子であってもよい。

さらにまた、こうしたジョセフソン素子の代わりに、磁
場によって電位差が生じる特性を有するホール素子を用
いることもできる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、不均質第１種超伝導体の
残留磁化をデジタル信号あるいはアナログ信号または制
御信号として利用することにより、Ｓ／Ｎ比が大きく、
また構造も簡単で製作が容易な、デジタルメモリ機能あ
るいはアナログメモリ機能またはスイッチング機能を奏
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例によるメモリ装置を示
す斜視図、 第２図は、第１図のメモリ装置の動作を説明するための
グラフ、 第３図は、本発明の第２の実施例によるメモリ装置を示
す斜視図、 第４図は、本発明の第３の実施例によるスイッチング装
置を示す斜視図、 第５図は、本発明の第４の実施例によるスイッチング装
宣を示す斜視図である。 図において、 ２　＋　　２　ａ　＋　２　ｂ・・・・・・メモリ線、
４．１４・・・・・・ブリッジ型ジョセフソン素子、６
．１６・・・・・・ブリッジ、 １２．１２ａ、１２ｂ・・・・・・コントロール線。 電流Ｉ 弁ジ月の第３の失が回倒にはうスインナシク慴ど■丘ノ
斥ずン日見図第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の電流により残留磁化が発生し、臨界電流以上
   の電流により前記残留磁化が消去される超伝導体で作ら
   れたメモリ線と、 前記メモリ線の残留磁化量を読み取る検出素子と を有することを特徴とするメモリ装置。 ２、所定の電流により残留磁化が発生し、臨界電流以上
   の電流により前記残留磁化が消去される超伝導体で作ら
   れたコントロール線と、 前記コントロール線の前記残留磁化の有無によってオン
   オフするスイッチング素子と を有することを特徴とするスイッチング装置。