JPS6192036A - 超伝導電子回路 - 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〕 本発明は論理回路、記憶回路に用いる超伝導電子回路に
関する。

〔従来の技術〕

従来の超伝導ｎ子回路は、情報の媒体として磁束量子４
１．：２Ｄ７刈ｇ　Ｗｅｂを、用いている。ために回路
のインダクタンスＬと動作亀流工。の関係は’　　　　
ＬＩ。＝　Φ。　　　　　　　□°（１）の関係を満足
することを必要としていた０（７−１）図はジョセフソ
ン素子ＪとインダクタンスＬ１とＬｌからなる超伝導ル
ープ内Ｃ二磁束社子を記憶する従来の超伝導記憶回路で
ある（石臼、柳用、吉清著「超伝導集積回路」第２章　
Ｐ４４電子通信学会編　昭和５８年）。（７−１）図に
示す１１）、（１）’間にＩｇの電流を流し、（２１，
（２１間に工ｘの電流を流すことによってジョセフソン
素子Ｊより磁束量子を１個ないし数個ループ内に導入し
、これを記憶させる。Ｇは読み出しゲートで（３）、（
３３′間に電流を流すとループ内に磁束量子が存在する
ときはゲー）Ｇは電圧状態となり、磁束量子の存在を検
出する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このループが磁束量子を少なくとも１個記憶できる条件
は （Ｌ、＋Ｌ、）　Ｔ４”　　Φｏ（２）である。（７−
２）Ｉｋは実際の回路構成法を示すもので簡単のために
ジョセフソン素子とループのみを示している。基板Ｓの
上に超伝導茫膜Ｇを形成しその上に絶縁層重を形成し、
この上にジョセフソン素子Ｊを含む幅Ｗ、全周４１の超
伝導ループを形成して記憶回路とする。このときのイン
ダクタンスＬを計算すると次式となる。

Ｌ：　μｏ（”、”’　　４１　　　　１３）ここで八
は真空の透出率、λは超伝導磁界侵入長。

ａは絶縁層Ｉの厚さである。今、超伝導材料としテＮｂ
ヲ用イ、λＺ３００Ｘ、ａ＝１０ＯＡ、Ｗ＝１μｍとし
、■。＝５０μＡとして（２）の成立する長さノを求め
ると ／　　＝ＸＯＯμｍ となる。この大きさを更に小さくして高密度電子回路を
形成するためには工。を大きくする必要があるが、動作
マージン等の制限からある程度以上に大きくすることは
困難である。従って従来の超伝導記憶回路は直径約１０
μｍ以下に構成することは困難であった。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明は上記困難をとり除き、超伝導電子回路を超小型
に構成できる超伝導を子回路を提供するものである。

まず、超伝導ループ又は円筒中の磁束量子の性質につい
て述べる。（８−１＞図に示すような厚さｄ、半径ｒの
超伝導円筒中に磁束量予電が存在し、円筒に電流密度Ｊ
が流れている状態について考える。このとき次式が成立
する μ。λ２２πｒＪ十Φ＝Φ。　Φ；内部磁束　　　　（
４）ここでマクスウェルの式Ｊ＝Φ４．ｚ　ｒ２．を（
４）式に代入すると次式となる。

Φ　＝へ／（１＋２λ”、、；、　）　　　　　　　　
　１５）（５）式よりλ２よりｒｄが小さくなるとΦの
値は気より小さくなり、このため円筒の内部磁束Φを検
出することは困難と考えられてきた。ところが（８−２
）図に示すような電子線の干渉を用いる測定装置を用い
て超伝導円筒の内部磁束Φを測定すると９図のようにな
ることが抄かった。（８−２）図の測定装置は、電子銃
から電子を発射し、超伝導円筒の両側を通過した電子が
干渉面で干渉を起こすように設計された装置であり、円
筒内部に磁束のない場合は（司のように中心点Ｏで電子
線強度の高い干渉模様が表われる。一方向部に磁束量子
が奇数個あるときはΦ）のように中心で電子線強度の低
い干渉模様が観察できる。これを用いて鉛超伝導円筒の
内部磁束を測定した結果が９図で、（５）式あるため、
理論値のΦはへより非常に小さくなるが、実測値は偽の
ままである。

この現象はっぎのように理解できる。まず（４）式にマ
クスウェルの式Φ＝ｈπ−ｄＪを代入して電流密度Ｊの
みの式とすると μλ２πｒＪ十八π内Ｊ＝へ。　　　　　　　（６）こ
こでλ＝ｍ／μ。２♂ｎ（ｍｉｋ子ｉｔ　、　ｅ；電荷
。

ｎ；電子密度）とＪ　＝ｎｅｖ　（ｖ　；’Ｃ子速度）
を代入すると πｙｒ（λ”−Ｍｄ）＝Φ。／２ｅｐ。ｎ（７）Ｔｃ近
くではλが大となるからλ”＞＞ｒｄが成立し従ってｒ
ｄを無視すると ｍｖｒ＝玉　　ｈ；　ブランク定数　　　　　　　　（
８）となる。左辺ｍｖｒは電子の角運動量で、（８）式
は周回電子の角運動量が五で量子化している状態を表わ
しており、これＣ二ともなう磁気モーメントＭは、硼性
体の軌道運動に伴う磁気モーメントと同じ値を持つと考
えられ、磁束の大きさはｈ　／２ｅ　＝　４ｐｏとなる
。

即ち、（４）式の左辺第１項は従来、磁束としては観測
できないとされていたが、これは観測可能であると考え
られ、負Ｓ９図はその証明の１つである。

部ち、電子の角運動量に伴う磁束が発生していると考え
ることができる。

このことを更に証明するためにつぎのような実験を行っ
た。（１０−１）図はジョセフソン素子１個を含む超電
う：３ループＲ１とＲ２を重ね合わせて配置し、外部か
ら磁束φ。を印加するとＲ１の内部磁束Φｉは量子イヒ
され、これを、Ｒ２を駆動する電子回路とタンク回路Ｔ
より構成された磁束奸で測定する回路である。

（１０−２）図はループＲ１に灸を印加したときに、周
回電流Ｉが流れ、このときの内部磁束Φ、の星 発生している状況を示す図である。ジョセフソン素子の
位相をψとすると工＝工。ｓｉｎψの関係があるから磁
束量子化の式は次式で表わされる。

ここで工。はジョセフソン素子の最大電流である。

ψ 一Φｏ＋　Ｃ％＋　Ｌ　ｉ、ｐｉｎ　ψ）　＝”Φ。　
　　　　　（９）２π この式は（４）式と対応し左辺の各１項は電子の運動量
による項で各第２項は磁束による項で、内部磁束Φ１は Φ１＝Φ、　−１−Ｌ　Ｉ、ｓｉｎψ　　　　　　　　
　　ａ＠である。

ＬＩ。／Φ。＝０．５２ｉｔび１／２πとしたときの実
験値と（９）　ＣｌＯ式から導かれる理論値の比較を１
１図に示す。

図から判るように実験と理論は大きく相違し、特にＬ　
１．ｙｌｏｏの小さな場合に著るしく、観測される内部
磁束は常にΦ。となり、９図と同様である。このことは
内部磁束は（９）式の左辺第２項のみではなく、第１項
の寄与も観測できることを示している。即ちジョセフソ
ン素子は運動量に伴う磁束を発生していることを示して
いる。

本発明は、従来の電磁的インダクタンスＬを介して磁束
量子を制御する方法に替えて、上にのべたジョセフソン
素子がもつ角運動量に伴５磁束によってフラクソイド量
子を制御する超伝導電子回路を供するもので、電磁気的
インダクタンスを全く必要としないため、ジョセフソン
素子の寸法にのみ規定される高密度電子回路を実現でき
るものである。

（１−１）図は超伝導薄膜Ｓ、の上面を酸化して酸化石
工を２ＯＡ程の厚さに作り、この上に一部重ね合せて超
伝導薄膜Ｓ２を形成し、爪ね合わさった部分ニショセフ
ソン素子Ｊを形成させたトンネル型素子である。これに
ジョセフソン電流ＩＪを流した８　合、ジョセフソン素
子の位相ψはＩＪ　　＝　　Ｉｏｓｉｎ９’　　　　　
　　　　　　　（１１）となる。

ここで工。はジョセフソン最大電流である。

私が最大となるのは、ψ＝π／２のときで、このとキＩ
Ｊ　＝　Ｉ。どなる。このときにジョセフソン素子の発
生する運動量に伴う磁束勺はＱＯＩ式左辺第１項より ’Ｊ　＝２Ｋ　　２　　＝　　４’　　　　　　　　（
”Ｄとなる。即ちジョセフソン素子の発生しつる磁束は
、最大で磁束、量子丸の＋である。

（１−２）図は超伝導薄膜Ｓの一部に溝を作り、この溝
の下部をジぢセ７ソン素子とＪとするブリッジ型素子で
、この場合も最大重／４の磁束Φ、を発生する０本発明
は、ジョセフソン素子の発生する最大Φ。／４の磁束を
利用してジョセフソン素子を含む超伝導ループ内のフラ
クソイド量子を制御するものである。

〔作　用〕

即ち、（１−３）図に示すようにジョセフソン素子Ｊ、
に、Ｊ、の寸法程度に近接して接する様なジョセフソン
素子Ｊ、を含む超伝導ループＲを配置してＪｌに入力電
流Ｉｉを流し、この値をＪ、の臨界電流Ｉ０程度にする
とＪｌの発生する磁束シは図に示すようにループＲに結
合するため、ループＲに磁束を印加することができ、こ
の磁束によってＲには出力電流工が流れる。

この場合、Ｊ、の発生する磁束は寸法によらず一定の最
大値雪／４を与えるから、ジョセフソン素子Ｊ、とＪ、
及びループＲの寸法は（１−３）図のヨウな相対的関係
をもつ限り、いかに小さくしても良い。また、ループＲ
内の出力電流工２によってジョセフソン素子Ｊ２の発生
する磁束はＪ、を含む入力回路から離れているために、
入力側への影脣は少なく、入力と出力は分離できる。（
１−４）図のように入力回路のＪ、をループＲの外側に
近接しておいてＪｌによる磁束をノν−プＲに結合する
こともできる。

〔実施例〕

（２−１）図は本発明（二よる論理回路に用いる為の零
電圧状態と有限電圧状態を用いるスイッチングゲートの
一例で、ジョセフソン素子Ｊ、、Ｊ２゜月、Ｊ、、Ｊｔ
を含む超伝導ループＲ１には入力電流■。が印加されジ
ョセフソン素子Ｊａ＝Ｊｓを含むループＲ２には電源電
流胆が印加され、この端子には出力抵抗Ｒ１が接続され
ている。

Ｒ１の素子Ｊ６とにがＲ２のループ内にある為、両ルー
プは結合しており、Ｊ、とＪ−の発生する磁束はＲ２内
を通るようシニ設計されている。このときＲ１とＲ２の
インダクタンスＬと工。の積がＬ　Ｉ、＜＜気　　　　
　　　　　　　　　　　　　Ｃ１３１の条件を充たして
いるとしてＬは無視する。

（２−２）図はＲ１のみをとり出したもので、入力電流
Ｉ。を流すと、Ｊに流れる電流工、とＪ、以外の唱 分岐に流れる電流Ｉ２に分流するが、この様子は（２−
３〕図に示す。即ちＩＣの＋はＩ、に流れ残り４−が工
２に流れるが、貼＝１．２Ｉ。のときＩ、＝Ｉ。となり
Ｊ。

はフラクソイド量子−個をＲ１内にとり込み、■。

は０．３　Ｉｏまで減少する。このときに工、は約０．
２　Ｉ。

から０．９１．までＮ間約に増加する。このとき（２−
１）図−Ｃ−Ｊ−とＪ：にはＱ、９Ｉ。流れているから
この２つの素子の発生する磁束は約 へ　π ２Ｃπ　Ｘ２Ｘ０．９＝０．４５Φ　　　　α勺・ となり、この磁束はＲ２に印加される。

（２−２＞図のＲ２ループにおいて工、の流れる分岐に
ジョセフソン素子は５個あるのはっぎの理由による。

工。＝１．２Ｉ。のときにフラクソイド量子−個がＪ、
よりとり込まれたとき、工、の値は（２−３）図のよう
に急上昇するがこの値は工、以外でないと、とり込まれ
た量子は工、の分岐のいずれかの素子から逃げ出してし
まう０逃げ出さないで量子がＲ２内に停っている条件は
工の分岐に素子が５個以上あるときである。

Ｒ２に外部磁束％を印加したときの１ｇ−％特性を（２
−４）図に示す○Ｒ２のインダクタンスＬとＩ、＋７）
積ＬＩ。力穐四式の条件を満足するとき、（２−４）図
に示すように％＝０では壕＝＝２ｉ。流れうるが・％：
ｏ／２では（＝０となる周期的変化をし、折線の内側は
超伝導状態であり、外側は電圧状態である。

今、■。を流してゆき、Ｒ１に量子１個がとり込まれた
ときにＲ２に瞬間的に印加される磁束はα４式であるか
ら（２−４）図（ａ）点となり、このとき流れる−は（
ｂ）点までで、旬は（２−５）図に示すよ５（−Ｉｃ＝
１．２Ｉ６のときに急激に減少テる。このたａＯ−を１
．５工。程あらかじめ流しておくと、Ｒ２が電圧状態と
なるため−は（２−１）図の負荷抵抗りに分流してＩＲ
（７）ＴＥ流を負荷に供給する。

即ち（２−５）因で墳＝＝Ｉｇｔ）、Ｉ。＝Ｊ０まで流
し。

（ａ）点にバイアスしておき、入力信号Δ工。を印加す
るとＯ））点となるが、この状態は電圧状態であるから
（２−１）図においてＩ、）ま凡に分流し始め（２−５
）図で−が（Ｃ）点に達するまでは電圧状態を保つ。（
ｂ）点と（（Ｊ点の差の電流Δ工、が出力としてとり出
しつる最大電流であり、この値はΔ（よりも大きくとり
うるから電流利得は１よりも大で、増巾作用をもつこと
は明らかである。即ちこのゲートの電流利得ΔＩｇ／Δ
には工。＝１．２Ｉ。のときに急激に減少する−の傾斜
できまるから、電流利得は１より極めて大きな値をとる
ことができる。また、Ｊ、とＪ−の発生する磁束はＲ２
に有効に印加されると共に４，４を入力回路Ｒ１から離
すことについてＪ４，４の発生する磁束はＲ１に印加し
嫉いような配置をとることができるから入力と出力は直
流的にも交流的にも分離することができる。

このゲートを再び零状態にもど丁ζ二はｋをＩｃ　＜　
−０，４Ｘ。

とすればよいことは（２−３）（２−５）図より明らか
である。このときＲ１内のＬ子はＪから排出され工、と
工、は零に近い値に復帰し、■、も２　Ｉ、程度まで回
復する。

ところで条件式（１３の成立する寸法を試算するために
（７−２）図の回路を考えると（３）式のＬの表穴から となる。

ノ＝４Ｗの矩形を考えると １６μ。（２λ＋ａ）ＩＯ＜＜Φ。　　　　　　住５）
となり隅の例で２λ＋ａ′：？５００ＡとするとＩｏ　
＜＜　　２　ｍＡ となり、Ｉ、＝１００μＡ以下では（１３式は充分成立
することは明らかである。

（２−６）図は零電圧状態と有限電圧状態を用いるスイ
ッチングゲートの他の一例で、ジョセフソン素子Ｊ、と
インダクタンスＬ、を含む超伝導ループＲ４には入力電
流ｋが印加され、ジョセフソン素子Ｊ、、Ｊ、とインダ
クタンスＬ、を含むループＲ３には電源電流Ｉｇが印加
され、この端子には出力抵抗ＲＩ、が接続されている。

２つのループＲ３とＲ４は磁気的に結合されており、Ｊ
、とり、の発生する磁束の約半分（５０％）がＲ３に印
加されるように配置する。今、Ｌ、Ｉ。二１／２π＝０
，１７Φ。とすると、Ｒ４の（対内部磁束Φｉの関係は
（２−７）図のようになリエ。＝３Ｉ０でΦｉは急激に
零からΦ。の値に変化する。一方、Ｒ３の一対印加磁束
％の関係は、Ｒ２１，≦Φ。／／２□とすると（２−８
）図のように％によって−が周期的に変化する。今（２
−７）図に工。を工。＝３工。加えるとＲ４の発生する
磁束Φ。の半分がＲ３に加わるから、このとき（２−８
’）図ではｅＩ）ｅ−０，５Φ。加わることになりＩｇ
−０となる。従ってｋと工ｇの関係は（２−９）図のよ
うになり、Ｉ、＝　３　Ｉ・を加えたときにζは２　Ｉ
ｏから急激にＯとなる。この為、−をあらかじめ１゜８
工。程度流しておくとＲ３が電圧状態となるためＩｇは
（２−６）図の抵抗比に分流してこれが負荷電流となる
。

即ち（２−９）図で−と■。を流して（ａ）点にバイア
スしておき、入力信号Δｋを印加するとΦ）点となるが
この状態は電圧−状態であるから（２−６）図において
工、はＲ１に分流する。この分流電流は（２−９）図の
△Ｉｇだけ流すことができ、これが出力電流となるから
電流利得Δ■ｇ／Δ工。は、（２−９）図で工。＝３１
０における変化が急激なため、１より非常に大きな値を
得ることができる。馬、Ｊ、の発生する磁束はＲ４に結
合しないようにしてありり、Ｉ。≦ηπ飛とするとＲ２
の発生する磁束は０．１７Φ以下になるから、入力と出
力はほぼ分離される。

また（２−９）図に示すようにＩｇ−Ｉ、特性がヒステ
リシスを持たないのでＲ３を零電圧にもどすにはΔ工。

を零とするだけでよい。

（３−１）図はフラクソイド量子状態を用いる論理ゲー
トの一例で、ジョセフソン素子Ｊ１　’　”２１　’５
１Ｊ４．Ｊ、、Ｊ６を含む超伝導ループＲ１：電源■流
工、を印加し、このループＲに結合するジョセフソン素
子Ｊ、を含む入力回路に入力電流Ｉ、が加わるよう構ム 成されているｏ”（３２）図はループＲに外部磁角形の
内側ではフラクソイドに子のない状態を示し、１とボし
た三角形内は量子１個が安定に存在する領域を示す。今
、Ｉｇを（ａ）点にバイアスしておき、入力信号電流Ｉ
ｉを流しＬ程度とすると（３−１）図Ｊｉの発生する磁
束は）／４の程度であるから、これがＲに加わり、（３
−２）図に示す（ｂ＞点に到る。Φ）点は１量子状態で
あるから量子がＪ、を通ってルー°プＲに侵入したもの
で、これによる出力電流４が（３−１）図のように流れ
る。この出力電流は工。程度であり、またループＲ内の
’２１Ｊ５’Ｊ４．　Ｊ、、　Ｊ６は各々次ぎの段の出
力として用し＼ることができるからファンアウトは５と
れる。即ち、入力電流Ｉ０で出力電流も入で５個の次段
を駆動できるかう信号増中度は５とれることになる。こ
の−ゲートに（３−３）図に示すようにＩｉｓとＩｉａ
の２つの入力電流を加えられるよう配置し、（３−４）
図のしきい値粕性のＩｇｌに１ｇをバイアスして、一つ
の入力屯流工ｉ、によって町の磁束をループに印加する
と（３−４）図（ａ）点となるから、電力’　”ｉｔの
入力カー入るとゲートは１状態となり、　ＯＲゲートが
構成される。また（３−４）図の工　にＩをバイアスす
ｐｇ 点に到るから、Ｎ山ゲートとなる。

このゲートは量子状態を情報の媒体としているから電圧
状態に入らず、従って７図のゲート（ニルして消費電力
が少ない利点がある。

（４−１）図は本発明によるフラクソイド量子状態を用
いる高利得ゲートの実施例で、４個のジョセフソン素子
Ｊ６と１個のジョセフソン素子Ｊからなる超伝導ループ
Ｒ１と、４個の素子Ｊ４と１個の緊子愚からなるループ
Ｒ２が、４個の素子Ｊ、からなる出力回路内によって分
割された回路に電源電流Ｉｇｖ印加し、出力回路内の一
部にジョセフソン素子Ｊ、を含む入力回路が結合して、
入力電流Ｉｉが印加しうるよう配置されている。

今、入力電流Ｉｉを（４−１）図の方向に流すと１、こ
れに結合した出力回路にはＩｉ＋方向に微少な電流が流
れる。この電流はＪ、とＪ２には矢印で示すように逆方
向の電流に分流されるＱこの状態で゛Ｉｇを増加してゆ
くとＪ２では電流がたし合わされ、Ｊ、では差となるか
ら４が先に１０に達してループＲ２にフラクソイド量子
が侵入しく４−２）図の円形矢印のように周回電流が１
．程度流れるため、出力素子Ｊ、には矢印の方向に１．
≦工。の電流が流れる。

もし入力電流工、が（４−３）図のように（４−１）図
と逆方向に流れるとｉにはＪ、と４には矢印の方向に微
少電流が流れ、■、を増加させると今度はＪ。

で電流かたし合わされるからＪ、が先に１．に達し、量
子がＪ、から侵入して（４−４）図の円形矢印の周回電
流が流れて、出力素子Ｊ、には（４−２）図と反対方向
の電流が流れる。Ｊｌと山のどちらが先にスイッチする
かは入力電流Ｉｉの方向に・より、かつその値は原理的
にはいかに小さな値でもよいから、微少な入力電流Ｉ、
によって出力素子には１．程度の出力１流が発生し、大
きな電流増中度をえられる。

（４−５）図は時間ｔと共にＩ＋ｉ　ｔ　：ｔ、　ｌ　
Ｉｇが変化する様子を示すもので、入力電流Ｉｉによる
微少電流Ｉｌｉを加えて後Ｉｇを増加してゆくとＩｔｉ
が負の場合は出力箆流工、は正に、、Ｉ、ｉが正の場合
は工、は負に流れ、電流増巾度”＋　Ａｌｉが大きくと
れることを示している。また、（４−１）図の出力回路
内には出力素チが５個接続しているからファンアウトは
５とれる０ （４−１）図に示す本ゲートにおいてＲ１，Ｒ２゜■に
各々４個の接合を用いる理由は、（ａ）点と５１点から
みた等価回路はＪ、とＪ４の並列接続にＲ１の素子Ｊ、
を直列に接続したものであるから（４−６）図のように
なり全体で（６＋１）個のループに等しくなるように設
計されている。これはＪ、から入るＬ子が安定にループ
内−に停まるためには（５＋１）個以上の素子が必要な
為である。本ゲートによる信号の伝播は（５−１）ＩＩ
Ｊのように初段ゲート（１）と次段ゲート（２）を配置
し、初段ゲート（１）には（５−２）図のように始めに
電源翫流埴を流して（１）の出カニ、を得た後に（５−
２）図に示すように１ｇ２を加えると（２）の出力電流
１２かえられ、信号が伝播する。この場合の信号入力は
”ｉｌ　’　”ｉ！’　工ｉｉの３つの入力があるが、
これら入力は正か負のいずれかであるため初段（１）の
状態は３つの入力の多数決で決まり、多数決論理が行わ
れる。

従って、本ゲートは高利得で、量子状態を用いるため消
費電力が少なく、入力部分と出力素子が離れているため
入力と出力が直流的にも交流的にも分離した特徴をもつ
ゲートである。

（６−１）図は本発明によるフラクソイド量子記憶回路
の実施例で、ジョセフソン素子Ｊ、と２個の素子Ｊ及び
Ｊ′からなる超伝導ループＲ１にアドレδ　　　　　　
　　＆ スミ流Ｉｙｌを印加し、このループＲ１に２個の素子Ｊ
４が結合されてこの素子にはピッ）Ｅ原型ＸＩが印加さ
れる。

Ｒ１はフラクソイド量子を記憶する回路でそのＪｙ＋の
外部磁束Φによる変化は（６−２）図に示す。

まずＩＸＩに１．程度の電流を印加すると５４の発生す
る磁束は３／２程度となるから（６−２）図Ｒｘ点に到
る。

ここでＩｙｌに工１の電流を加えるとＷ１点に到り、量
この状態はエエ、ＩＩｙ、を零にもどしても１量子状態
が保たれ、情報１はＲ１内に記憶される。この情報１の
状態を読み出す回路がループＲ２で、このループはジョ
セフソン素子Ｊ５とにから成り、読み出しアドレス電流
１．が印加されるように配置されると共にループＲ１の
１個の素子Ｊ２がこのループＲ２に結合してループに磁
束が印加される。またＲ２には読み出しピットｓ流エエ
２の流れる素子Ｊ６が結合されている。Ｒ２のＩ、と外
部磁束Φ８の特性を（６二３）図に示す。今Ｒ１に情報
１が記憶されていると素子Ｊ２には入程度の電流が流れ
ており、これによってＲ２には町／４程度め磁束が加え
られているため（６−３）図Ｍ１点にある。このときＩ
Ｘ２に工。程度の電流を印加するとＪ６が１／４の磁束
を発生してＲ２に加わるため（６−３）図Ｒｘ点に到る
。

更にＩ、２に工２だけ流すとＲｓ点に到るが、この状態
は０でも１でもないため素子山とＪ５゛は電圧状態とな
りＩ、端子に電圧が発生して情報１の記憶状態を読み出
すことができる。

エエ、に負の電流な■。程加えると（６−２）図のＷＯ
点に到るが、この点はＲ１の０状態しかないから情報０
が記き込まれる。Ｒ１のＯ状態のときはＲ１には電流が
流れていないためＪ２の発生する磁束はＯで、従ってＲ
２は（６−３）図のＭＯ点にある。

このときＩＸ２を工。程加えるとＭ１点になり、更にＩ
。

をＬまで加えるとＲ０点に到るがこの状態はＲ２の０状
態のままであるから、Ｊ５．Ｊ、’には電圧は発生せず
、従って情報０と１は判別できる。

Ｒ２がＲ１の１状態を読み出してＪ、＋にが電圧状態（
二なってもこれらの素子はＲ１に結合しないように配置
されているためこれらの素子の発生するされるためにこ
の記憶回路は非破壊読み出しができ、動作速度が速い利
点をもつ。更に電磁気的インダクタンスを必要としない
ために加工技術の許す限り小型に構成でき、高密度集積
回路が実現できる。

〔発明の効果〕

以上詳細にのべたように、本発明によるジョセフソン菓
子の発生する磁束を用いて超伝導ループ分の１以下にす
ることができるため、１００倍以上の高密度な超伝導電
子回路を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

（１−１）ＩＪ）ンネル型ジョセフソン素子図（１−２
）図　　ブリッジ型ジョセ７ンン素子図（１−３）図　
超伝導ループへの本発明による磁束印加法図 （１−４”）図　超伝導ループへの本発明による磁束印
加法図 （２−１）図　本発明によるスイッチングゲートの構成
図 （２−２）図　入力回路図 （２−３）図　入力回路の特性図 （２−４）因　ゲート回路の特性図 （２−５）１１　　　スイッチングゲートの特性図（２
−６）図　本発明によるスイッチングゲートの構成図 （２−７）図　入力回路の特性図□ （２−８）図　ゲート回路の特性図 （２−９）９　　スイッチングゲートの特性図（３−１
）図　本発明によるスイッチングゲート図（３−２）図
　スイッチングゲートの特性図（３−３）図　　に０ゲ
ートとびゲートの構成図（３−４）図　　ＡＮＤ及びＯ
Ｒ動作の説明図（４−１）図　本発明によるスイッチン
グゲート図（４−２）図　　スイッチングゲートの動作
説明図（４−３）ＩＪ　　　スイッチングゲートの動作
説明図１（４−４）ｌｌａ　　スイッチングゲートの動
作説明図（４−５）図　　スイッチングゲートの特性図
（４−６）図　スイッチングゲートの等価回路図（５−
１）図　本ゲートによる信号の伝播説明図（５−２）図
　　を源電流の印加法図 （６−１）図　本発明による記憶回路図（６−２）因　
記憶回路の動作説明図 （６−３）図　記憶回路の動作説明図 （７−１）図　従来の超伝導記憶回路図（７−２）図　
超伝導電子回路の構成図（８−１）図　超伝導円筒内の
ｉ東回 （，８−２）図　超伝導円筒内の磁束測定装置図（９）
図　超伝導円筒内の磁束測定結果図（１０−１）図　超
伝導リング内の磁束測定回路図（１０−２）図　超伝導
リングの等価回路図（１１）［／　　超伝導リング内の
磁束測定結果図昭和５９年１０月１１日 スーＺ−，ニア７ｍ ７Ｚ−２加 ］１−３Ｍ ７ｇ−，１１１１ プ２−２１　　　　　　　　　フｚ−ｖグ竿？−乞仰 ゴＺ−ｆ頬 ７Ｚ−ρ謂 ゴ？−７ｉｔｊ フｉ−斜鎖 プ！−〃側 ７Ｉ７−１／ＩＩ ７ノーり別 ７０−９刑 Ａクー１加 ７２−酬 ７β−却　　　　　　　７θ−２υ １０鼻 ′ｙ％１０−１欄 Φ６ ７／／側 手続補正書 昭和６０年６月７日 特許庁長官志賀　　字数　ｐ、、、、、。 ２、発明の名称　　超伝導ｉ子回路 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 山　　下　　　　　　努 ５°　補正傘令０日付、自えＦ和　　年　　月　　日６
、補正の対象　図面「第２−９図」（符号追加のみ〕礎
う

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １個以上のジョセフソン素子を直列にもつ超伝導ループ
   に近接して配置された１個以上の直列ジョセフソン素子
   からなる入力回路に電流を印加することにより、直列ジ
   ョセフソン素子の発生する磁束を超伝導ループに印加し
   て、超伝導ループ内にフラクソイド量子を導入し、保持
   し、又は排除することによって所定の機能を得ることを
   特徴とする超伝導電子回路。