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-Josephson junction森 道康; 前川 禎通
Applied Physics Express, 14(10), p.103001_1 - 103001_4, 2021/10
被引用回数：1 パーセンタイル：0(Physics, Applied)A superconducting quantum interference device (SQUID) comprising 0- and -Josephson junctions (JJs), called -SQUID, is studied by the resistively shunted junction model. The -SQUID shows half-integer Shapiro-steps (SS) under microwave irradiation at the voltage 
= 
, with angular frequency 
and half-integer 
/2 in addition to integer . We show that the -SQUID can be a -qubit with spontaneous loop currents by which the half-integer SS are induced. Making the 0- and -JJs equivalent is a key for the half-integer SS and realizing the -qubit.
町田 昌彦; 酒井 滋樹*
Physical Review B, 70(14), p.144520_1 - 144520_6, 2004/10
被引用回数：33 パーセンタイル：77.86(Materials Science, Multidisciplinary)高温超伝導体は、その結晶構造が超伝導及び絶縁体(物質によっては半導体や金属)の積層構造からなっており、積層方向に対して弱くジョセフソン結合していることが知られている。また、最近、超伝導体に対するナノファブリケーション技術が発達してきたため、人工的にも積層型のジョセフソン接合が作られるようになっている。本論文では、この積層型ジョセフソン接合の超伝導位相のダイナミクスを記述する理論を構築し、基本方程式を導出した。また、この基本方程式から、超伝導位相の微小振動(プラズマモード)の分散関係を示し、超伝導プラズマモードがどのように励起されるかを示した後、縦プラズマを励起してモード変換により電磁波へと変換可能であること等を議論し、電磁波発振源としての可能性についても記している。
町田 昌彦; 小山 富男*
Physical Review B, 70(2), p.024523_1 - 024523_6, 2004/07
被引用回数：64 パーセンタイル：89.35(Materials Science, Multidisciplinary)高温超伝導体の結晶は、超伝導層及び絶縁層(半導体や金属の場合もある)の積層構造からなるため、積層方向に弱くジョセフソン接合していることが知られている。本論文では、この結晶構造に由来するジョセフソン接合(固有ジョセフソン接合と呼ばれる)の特性のうち、物質によって変化する電流電圧特性の違いが何に起因するかを明らかにした。一般にジョセフソン接合は、単一な接合が孤立している場合は、単振り子の運動と等価であることが知られているが、固有ジョセフソン接合は、多数の振り子の結合系であり、特有の非線形局在運動が生じる。本論文では、この非線形局在運動が、系のダイナミクスを支配し、電流電圧特性などの観測量に大きな影響を与えることを示したほか、非線形局在運動の広がりが物質により変化し、これが、物質による電流電圧特性の違いをもたらしていることを明らかにした。
町田 昌彦
Journal of Low Temperature Physics, 131(3-4), p.527 - 531, 2003/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Applied)異方性の高い高温超伝導体における固有ジョセフソン効果の発見以後、当該効果の基本的物性及び、工学的応用性を調べる多くの研究が行われてきた。特に、ジョセフソン磁束フロー状態におけるプラズマ励起を利用する電磁波放射源は最も効果的なデバイスアプリケーションであると見なされ、多くの注目を浴びてきた。しかしながら、期待されたような強い放射は未だ実験的には報告されていない。本講演では、なぜプラズマ振動が十分に固有ジョセフソン接合外に接続され得ないのかを明らかにし、かつ自発放射に導くようなレーザー的プラズマ増幅を可能とするためのデバイス構成を提案し、それの大規模数値シミュレーション結果を示す。デバイス提案構成は以下のようになる。高温超伝導体サンプルを二つの大きな矩形超伝導体(及び金属)で挟みサンドイッチを作り、ジョセフソン接合面に垂直に電磁波の反射板を置く、こうした場合、励起プラズマ振幅はフロー方向に沿って増幅することが可能である一方、その増幅機構は基本的に接合アレイを作った場合の増幅機構とほぼ同等であることを数値シミュレーション結果を基に明らかにする。
坂本 昇一*; 松本 秀樹*; 小山 富男*; 町田 昌彦
Physica B; Condensed Matter, 284-288(Part1), p.612 - 613, 2000/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Condensed Matter)本発表では、高温超伝導体における多重ジョセフソン接合に対する数値シミュレーション結果を発表する。電流がバイアスされた多重ジョセフソン接合は、多くのヒステリシス構造を電流電圧特性において示すことが知られている一方、電圧が発生した状態では、ACジョセフソン効果により、振動する交流電圧も発生する。本発表においては、主に交流電圧成分に注目し、各ブランチ上での振動数特性を示し、それが各接合における位相回転速度に依存することを明らかにする。また、交流電流に対する効果も調べられ、自発的振動と外部振動が共鳴することも報告する。
町田 昌彦; 小山 富男*; 田中 秋広*; 立木 昌
Physica C, 330(1-2), p.85 - 93, 2000/03
被引用回数：116 パーセンタイル：95.94(Physics, Applied)高温超伝導体の単結晶は、層状構造を示し、原子スケールの超伝導層と超伝導特性を示さないブロック層とから構成される多層膜超伝導体である。特に、ブロック層が絶縁体である物質では、単結晶は、自然にジョセフソン接合の積層列を与え、応用上、非常に有利な条件を有していることが知られている。本論文では、このジョセフソン接合列が磁場下でどのような電磁レスポンスを与えるかを数値シミュレーションし、その結果、ジョセフソン磁束量子と横プラズマモードが結合して、電磁波の超放射状態が現れることを示した。この結果は、正に磁束量子を直流電流の下で運動させて、電磁波のレーザー発振を可能にさせるという新しい高温超伝導体の応用例を基礎づけ、提案するものである。
町田 昌彦; 小山 富男*; 立木 昌
Physical Review Letters, 83(22), p.4618 - 4621, 1999/11
被引用回数：129 パーセンタイル：94.51(Physics, Multidisciplinary)高温超伝導体,特に異方性の高い物質は、超伝導状態においてジョセフソン接合を自然に与えることが知られている。本論文では、この系が示すマイクロ波共鳴吸収と電流・電圧特性における多重ブランチが共通の起源を持つことを示す。高温超伝導体の超伝導層は、非常に薄く、その厚さは、わずかに2Å程度である。また、ジョセフソン接合の絶縁層に相当する部分もまた、13Å程度と、ジョセフソン接合といっても、人工的に合成された接合と違い完全に原子スケールである。こうした系では、超伝導層の電荷中性条件は簡単に破れてしまい通常のジョセフソン接合の理論を当てはめることはできない。そこで本論文では、この系を記述するモデル・ラグランジアンを与え、それから得られる運動方程式を理論的・数値的に調べることで、特徴的な実験結果を説明した。
太田 幸宏; 町田 昌彦; 小山 富男*; 松本 秀樹*
no journal, ,
層状銅酸化物超伝導体Bi
SrCaCuO
によるテラヘルツ発振の観測を契機に、その発振機構の解明は超伝導工において関心を集めるテーマとなっている。本発表では、接合数に対する発振特性を解明すべく、マルチスケールシミュレーションを実装する。接合数依存性は発振強度の原理的な限界を精査するため重要であるが、従来の単一スケール手法では困難であり、ほとんど議論されてこなかった。そこで、超伝導メサの
軸方向に周期境界条件を課さず、層間相互作用とメサ境界からの影響を取り入れた手法を開発する。シミュレーションの結果、接合数の増大に伴い、低バイアス領域における主要寄与とされる基本モードに相当する発振ピークの増幅が確認され、シミュレーションが成功していることがわかった。
太田 幸宏; 町田 昌彦
no journal, ,
層状銅酸化物超伝導体Bi
SrCaCuO
によるテラヘルツ発振の観測を契機に、その発振機構の解明は理論および実験の両面から大きな関心を集めるテーマとなっている。特に、系統的なデバイス設計に役立つシミュレーション法の確立は当該分野で待望されている。シミュレーション上の困難として、デバイス内および外を含む大規模な電磁場解析が要請されることがある。そこで、我々は空間スケールに関するマルチスケールシミュレーションを実装する超並列化計算コードを開発し、その解決にあたった。本コードの特色として、固有ジョセフソン接合の接合数依存性を系統的に調べることが可能となる点があげられる。すなわち、接合数に対する発振特性が解明される。シミュレーションの結果、基本モードに相当する発振ピーク強度が接合数の二乗に比例することを見出した。さらに、同位相モードは接合数が100程度になると顕著になることを見出した。このようにデバイスに含まれる接合数に応じた発振特性の予測の基盤を構築できる。
