JPS6317350B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ジヨセフソン効果素子の磁束トラツ
プの除去方法に関する。

近年、トンネル障壁層としての絶縁層の上下を
一対の超伝導薄膜で挟んで成るジヨセフソン効果
素子が、低消費電力、超高速計算素子として注目
され、これを集積化する研究が盛んになつてい
る。

こうしたジヨセフソン効果素子の集積化が進む
と、それに伴ない、一つの大きな問題として、磁
束トラツプという問題が起きてくる。

磁束トラツプとは、上記したジヨセフソン効果
素子の構造にあつて、一対の上下超伝導薄膜層中
に磁束が確率的に捕捉されることを言い、この磁
束トラツプが生じると、ジヨセフソン効果素子本
来のジヨセフソン効果を著しく損ない、集積化さ
れたジヨセフソン回路の動作領域を著しく狭めた
り、誤動作を起こさせたりする。

この磁束トラツプは、原理的には、磁束が捕獲
されているジヨセフソン効果素子の温度を、一
旦、超伝導遷移温度以上に高めて常伝導状態に戻
してやることにより、除去できる。

然るに、従来は、上記原理に従うジヨセフソン
効果素子除去方法として、次の二種類の方法のい
づれかによつていた。

〔引上げ法〕 液体ヘリウム等の冷却媒体中に浸されていて超
伝導遷移を起しているジヨセフソン効果素子乃至
その集積回路を、一旦、冷却媒体中から引上げ、
自然な温度上昇により常伝導状態に戻す。

〔抵抗加熱法〕 ジヨセフソン効果素子乃至その集積回路を保持
しているホルダを抵抗加熱して、間接的にジヨセ
フソン効果素子乃至その集積回路の全体を加熱
し、常伝導状態に遷移させる。

然し、上記の方法は、その度毎にジヨセフソ
ン効果素子乃至その集積回路全体を冷却媒体中か
ら引上げなければならない機械的方法であるた
め、作業性も悪く、時間も掛かる欠点が有る。

また、上記の方法では、ホルダを介しての間
接的方法であるため、加熱熱源の熱量に無駄があ
り、周囲の冷却媒体をも加熱するため、冷却媒体
が例えば高価な液体ヘリウム等であると、コスト
的な損失も莫迦にできないものとなる。

本発明は、以上のような実情に鑑みて成された
もので、上記した従来例の欠点を伴なわない方
法、即ち、作業性良く、廉価で、且つ確実に磁束
トラツプを除去できるジヨセフソン効果素子の磁
束トラツプ除去方法の提供を主目的として成され
たものであある。

本発明においても、磁束トラツプ除去の原理は
従来例と同様であつて、ジヨセフソン効果素子を
一旦、常伝導状態に戻すことにより当該磁束トラ
ツプを除去しようとするものであるが、その手段
が勝るものである。

本発明においては、ジヨセフソン効果素子を常
伝導状態に戻すための熱源として、光エネルギを
用いることに一つの特徴があり、処理すべきジヨ
セフソン効果素子を冷却容器中においたまま、こ
の光エネルギを当該ジヨセフソン効果素子の在る
所迄、導くものである。殊に、処理すべきジヨセ
フソン効果素子の表面直上において光エネルギを
放射するようにすれば、周囲の冷却媒体に対する
影響は最小限度に留めることができ、無駄に蒸発
させたりすることがない。勿論、このように、処
理すべきジヨセフソン効果素子に対して非接触で
処理が行なえるということは重要な要件でもあ
る。光エネルギとしては、ジヨセフソン効果素子
の当該接合部に対して良好な吸収が保証され、熱
変換効率の良いものが望ましいが、一般に厳しく
特定される性質のものではなく、遠赤外光領域か
ら可視光領域に亘る光やレーザ光が利用できる。
但し、集束性やエネルギ効率、制御性の点ではレ
ーザ光が便利ではある。

添付の図面は、本発明を実施する装置の一例を
示していて、この装置に就き本発明の一実施例を
説明すると、ジヨセフソン効果素子乃至その集積
回路は通常、この種の集積回路を担持する基板乃
至チツプ１上に形成され、冷却容器５中の適当な
ホルダ部分２にて支持されている。

冷却容器５中には、液体ヘリウム等の冷却媒体
４が充填され、ジヨセフソン効果素子集積回路を
超伝導遷移温度以下に維持している。

ジヨセフソン効果素子乃至その集積回路の外部
への引出し線路８は、適当な保持部材９により支
持されているが、この場合、この保持部材はま
た、光導波路乃至光フアイバ３をも支持してい
る。光導波路の材質は、吸収、透過による損失が
なるべく少なく、従つて、周囲の冷却媒体に対す
る影響が少なく、極低温と室温との間の温度変化
にも良く耐えるものである必要が有るが、この点
において実用上、不足なく使うことのできる材質
の光導波路は結構、豊富にある。然し、中でも、
コア、クラツド共に石英製である光フアイバが最
も望ましい。光損失が少なく、従つて、それ自体
の発熱が少なく、微小径のものからバンドル上に
なつている比較的大径のものまで、所望の径のも
のが容易に入手できるからである。

光導波路３の一端は、冷却容器５の外方に伸び
出ており、適当な発光源６からの光の入力端とな
つている。一方、他端は、冷却容器５中に侵入
し、ジヨセフソン効果素子基板１の直上にて光エ
ネルギの出力端を構成している。

発光源乃至光エネルギ源６は、自然光や放電エ
ネルギ変換型の光発生源であつても良いが、適当
なレーザ発振源であることが望ましい。小型で大
きな出力を得ることができ、コヒーレンシの良好
なことに伴なう指向性の良いことや、径の縮小、
拡大操作が容易に行なえるためである。

本出願人の実用化例においても、この光エネル
ギ源６には連続発振He−Neレーザ発振器を用い
ており、集束レンズ７を介してその出力ビームを
石英光フアイバ３の入力端に導入するようにして
いる。

上記実用化例における実際に即して述べると、
下部電極がPb／Au／In合金膜、トンネル障壁膜
がPb酸化物、上部電極がPb／Au合金膜であるジ
ヨセフソン効果素子を、液体ヘリウムを冷却媒体
とする冷却容器中に浸した状態において、出力
20mWの連続発振He−Neレーザ発振器６からの
レーザ光を、液体ヘリウム中でも使用可能である
コア径80μｍの石英光フアイバ中に導入し、上記
ジヨセフソン効果素子の直上においてこのジヨセ
フソン効果素子に照射した。この出力端における
ジヨセフソン効果素子基板上においての光照射径
は約500μｍ、ジヨセフソン効果素子表面におけ
る光量は約3.8W／cm²であつた。

この条件下において、光照射後、約数秒でジヨ
セフソン効果素子は超伝導状態から常伝導状態に
遷移した。また、これにより、既述の原理通り、
磁束トラツプの除去が行なわれたことを確認し
た。

本方法を実際のジヨセフソン効果素子の集積回
路の磁束トラツプの除去に応用する場合、出力ビ
ーム径を適当に設定することにより、例えば、十
分に絞つて特定のジヨセフソン効果素子乃至特定
のいくつかのジヨセフソン効果素子群をのみ、選
択的に処理しても良いし、逆にビーム径を広げ
て、基板１上の集積回路全体に対して一度に処理
するようにしても良い。光導波路の微動調整のた
めの機械系は、既存の技術で十分精度の良いもの
ができ、μｍ単位も可能である。また勿論、光ビ
ームの走査方式も考えられる。こうした走査によ
る場合、光導波路を機械的に振つても良いが、出
力端における光学系乃至電気光学系をを介して電
気信号により光ビームを振る方が望ましい。

以上のように、本発明によれば、ジヨセフソン
効果素子の磁束トラツプの除去方法として、従来
におけるような不合理乃至不経済な欠点を全て追
放することに成功した除去方法が提供でき、作業
性も良好で作業時間も極めて短く、冷却媒体に及
ぼす悪影響も最小限に留めることができるため、
ジヨセフソン効果素子回路網の実装状態において
の保守管理が行なえ、将来的に見てもこの種のジ
ヨセフソン効果素子を用いた超高速計算機の実現
に大きな貢献をするものとなる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の磁束トラツプ除去方法を実施す
るために用いる装置の一例の概略構成図である。 図中、１はジヨセフソン効果素子乃至その集積
回路を担持する基板、３は光導波路、４は冷却媒
体、５は冷却容器、６は光エネルギ源、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 冷却容器中において超伝導遷移温度以下に冷
   却されているジヨセフソン効果素子の磁束トラツ
   プの除去方法であつて、 上記冷却容器の外部に設けた光エネルギ源の発
   する光エネルギを、光導波路を介して上記冷却容
   器中に導いて上記ジヨセフソン効果素子の表面に
   照射し、該光エネルギを加熱源として、該ジヨセ
   フソン効果素子を常伝導状態に遷移させることを
   特徴とするジヨセフソン効果素子の磁束トラツプ
   の除去方法。