JPS63280472A - 超電動弱結合素子 - Google Patents
超電動弱結合素子Info
- Publication number
- JPS63280472A JPS63280472A JP62115283A JP11528387A JPS63280472A JP S63280472 A JPS63280472 A JP S63280472A JP 62115283 A JP62115283 A JP 62115283A JP 11528387 A JP11528387 A JP 11528387A JP S63280472 A JPS63280472 A JP S63280472A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- spin
- weak coupling
- light
- superconducting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 4
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract 3
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000002772 conduction electron Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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。
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〕
この発明は半導体を介して結合したジッセフソン結合の
特性を咳半導体に円偏光の光を照射することにより制御
できる超伝導弱結合素子に関するものである。
特性を咳半導体に円偏光の光を照射することにより制御
できる超伝導弱結合素子に関するものである。
第３図は例えばアプライド フィツクス レター１４７
巻３号３２７頁（１９８５年）（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ、４７ Ｎｏ、 ３
． ｐ、３２７（１９８５））に示された制御可能なジ
ッセフソン結合素子の構造を示す図で、第３図（ａ）は
基板の上方から見た図、第３図中）は第３１！１（ａ）
のＡ−Ａ ’断面の構造図である０図において１は基板
、２は基板上に形成された第１の超伝導体、３は第１の
超伝導体２の上を横切る第２の超伝導体、４は第２の超
伝導体３と第１の超伝導体２の重なり部分、５は第１の
超伝導体２と第２の超伝導体３との間にジッセフソン結
合を生せしめるためのバリア層である。
巻３号３２７頁（１９８５年）（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ、４７ Ｎｏ、 ３
． ｐ、３２７（１９８５））に示された制御可能なジ
ッセフソン結合素子の構造を示す図で、第３図（ａ）は
基板の上方から見た図、第３図中）は第３１！１（ａ）
のＡ−Ａ ’断面の構造図である０図において１は基板
、２は基板上に形成された第１の超伝導体、３は第１の
超伝導体２の上を横切る第２の超伝導体、４は第２の超
伝導体３と第１の超伝導体２の重なり部分、５は第１の
超伝導体２と第２の超伝導体３との間にジッセフソン結
合を生せしめるためのバリア層である。
次に動作について説明する。基板１上に形成された第１
の超伝導ストリップライン２の一部に準粒子を注入する
ことにより、第１の超伝導ストリップ２に部分的に準粒
子及びフォノンの分布に非平衡状態が生じ、その一部分
の超伝導性が弱められて弱結合が実現される。準粒子の
注入は第１の超伝導体２と第２の超伝導体３とその間の
バリア層５により形成されたジョセフソン接合部から適
当なバイアス電圧を用いて行われる。従って弱結合の特
性は試料作製時の条件に依っては決まらず、準粒子の注
入量を変えることにより、素子作成後にその特性を調整
可能である。
の超伝導ストリップライン２の一部に準粒子を注入する
ことにより、第１の超伝導ストリップ２に部分的に準粒
子及びフォノンの分布に非平衡状態が生じ、その一部分
の超伝導性が弱められて弱結合が実現される。準粒子の
注入は第１の超伝導体２と第２の超伝導体３とその間の
バリア層５により形成されたジョセフソン接合部から適
当なバイアス電圧を用いて行われる。従って弱結合の特
性は試料作製時の条件に依っては決まらず、準粒子の注
入量を変えることにより、素子作成後にその特性を調整
可能である。
従来の超伏′導弱結合素子は以上のように構成されてお
り、準粒子の注入により弱結合制御を行うため、その応
答速度は本質的に準粒子の拡散速度で制限され高速応答
性に乏しいという問題点があった。
り、準粒子の注入により弱結合制御を行うため、その応
答速度は本質的に準粒子の拡散速度で制限され高速応答
性に乏しいという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するとともに、光
による弱結合の制御を行うという新しい方式の超伝導弱
結合素子を提供することを目的とする。
による弱結合の制御を行うという新しい方式の超伝導弱
結合素子を提供することを目的とする。
この発明に係る超伝導弱結合素子は半導体と超伝導体の
近接効果（ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｅｆｆｅｃｔ）を用い
た超伝導弱結合素子において、半導体部分に光、特に円
偏光を照射し、素子の弱結合特性を制御するようにした
ものである。
近接効果（ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｅｆｆｅｃｔ）を用い
た超伝導弱結合素子において、半導体部分に光、特に円
偏光を照射し、素子の弱結合特性を制御するようにした
ものである。
本発明においては、光、特に円偏光の照射により半導体
中の伝導電子のスピンが揃えられ一種の準粒子非平衡状
態が作り出されることとなる。
中の伝導電子のスピンが揃えられ一種の準粒子非平衡状
態が作り出されることとなる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図（ａ）は本発明の一実施例による超伝導弱結合素
子を示す図であり、図において２１は半絶縁性ＧａＡｓ
基板、２２はＧａＡｓあるいはＡｌＧａＡｓバッファ層
、２３はＡ １ ｘ Ｇ ａ ＋−ｘ Ａ ｓ層、２４
はＧａＡｓあるいはＡＩ、Ｇａｐ−、Ａｓ層、２５はＡ
１．Ｇａ、−、Ａｓ層、２６ａ、２６ｂは超伝導材料、
２７は円偏光レーザ光である。
子を示す図であり、図において２１は半絶縁性ＧａＡｓ
基板、２２はＧａＡｓあるいはＡｌＧａＡｓバッファ層
、２３はＡ １ ｘ Ｇ ａ ＋−ｘ Ａ ｓ層、２４
はＧａＡｓあるいはＡＩ、Ｇａｐ−、Ａｓ層、２５はＡ
１．Ｇａ、−、Ａｓ層、２６ａ、２６ｂは超伝導材料、
２７は円偏光レーザ光である。
まず半導体で結合したジョセフソン接合を第１回申）を
用いて簡単に説明する。半導体と超伝導体の界面にショ
ットキバリヤが形成される。２面のショットキバリヤの
間の部分は、半導体が縮退状態にあるので、弱い金属的
特性をもつ、電子対の縮退領域への浸透は、ショットキ
バリヤを通るトンネル効果と考えられる。トンネル効果
のためショットキバリヤを越えると凝縮対振幅Ｆ’ｃｏ
は急激に減衰し、トンネルした電子対は減、衰しながら
他端へ拡散していく、ショットキバリヤの絶縁性のため
超伝導体中の凝縮振幅Ｆ’ｃｏは半導体の存在により影
響されない。
用いて簡単に説明する。半導体と超伝導体の界面にショ
ットキバリヤが形成される。２面のショットキバリヤの
間の部分は、半導体が縮退状態にあるので、弱い金属的
特性をもつ、電子対の縮退領域への浸透は、ショットキ
バリヤを通るトンネル効果と考えられる。トンネル効果
のためショットキバリヤを越えると凝縮対振幅Ｆ’ｃｏ
は急激に減衰し、トンネルした電子対は減、衰しながら
他端へ拡散していく、ショットキバリヤの絶縁性のため
超伝導体中の凝縮振幅Ｆ’ｃｏは半導体の存在により影
響されない。
次に光ポンピングにより半導体（ここではＧａＡ３を考
える）中の伝導電子のスピンが配列される原理について
述べる。第２図（ａ）にＧａＡｓの伝導帯ｒｈと２重に
縮退した（重い正孔と軽い正孔）価電子帯ｒ、とスプリ
ットオフバンドｒ−１を示す。
える）中の伝導電子のスピンが配列される原理について
述べる。第２図（ａ）にＧａＡｓの伝導帯ｒｈと２重に
縮退した（重い正孔と軽い正孔）価電子帯ｒ、とスプリ
ットオフバンドｒ−１を示す。
Δはスピン−軌道***である。
いまバンドギャップエネルギーＥｇより大きいエネルギ
ーをもつ円偏光レーザ光で励起する場合を考えると円偏
光はスピン量子数Ｍが＋１変化する様な遷移を誘起する
ので ここで■とＣはそれぞれ価電子帯と伝導帯を意味する。
ーをもつ円偏光レーザ光で励起する場合を考えると円偏
光はスピン量子数Ｍが＋１変化する様な遷移を誘起する
ので ここで■とＣはそれぞれ価電子帯と伝導帯を意味する。
この遷移確率はそれぞれ３：１であるので伝導で与えら
れる。ここでｎや （ｎ−）とＧ、（Ｇａ光を切った後
Ｐは再結合過程とスピン緩和過程により減衰する。従っ
て、スピン配列による磁化の寿命は従って、 １／Ｔｎ＝１／Ｔ＋ ＋１／τ で与えられる。ここでＴ、はスピン−格子緩和時間、τ
は再結合時間である。定常状態での磁化の大きさはＴ１
〉〉τのとき Ｍ２穣−□ｇ１βｎＰ で与えられる。ここでｎ ” ｒｌ ＊ ＋ １１−
＋ ｇ ”は伝導電子のｇ因子、βはボーア磁子であ
る。
れる。ここでｎや （ｎ−）とＧ、（Ｇａ光を切った後
Ｐは再結合過程とスピン緩和過程により減衰する。従っ
て、スピン配列による磁化の寿命は従って、 １／Ｔｎ＝１／Ｔ＋ ＋１／τ で与えられる。ここでＴ、はスピン−格子緩和時間、τ
は再結合時間である。定常状態での磁化の大きさはＴ１
〉〉τのとき Ｍ２穣−□ｇ１βｎＰ で与えられる。ここでｎ ” ｒｌ ＊ ＋ １１−
＋ ｇ ”は伝導電子のｇ因子、βはボーア磁子であ
る。
以上の議論から光の照射によるスピン配列のため半導体
中の電子の対生成が阻害され弱結合の強さが低下するこ
とは容易に理解できる。
中の電子の対生成が阻害され弱結合の強さが低下するこ
とは容易に理解できる。
この光によるスピン配列（結果的に磁化を誘発する）に
よって引き起こされる弱結合の制御は常磁正不純物スピ
ンと電子対のスピン交換結合による臨界温度の低下現象
と類似のものと考えられる。
よって引き起こされる弱結合の制御は常磁正不純物スピ
ンと電子対のスピン交換結合による臨界温度の低下現象
と類似のものと考えられる。
９のように本実施例では超伝導弱結合素子の半導体部分
に円偏光を照射するようにしたから、スピン配列による
弱結合の制御を行うことができ、高速制御動作が可能と
なる。
に円偏光を照射するようにしたから、スピン配列による
弱結合の制御を行うことができ、高速制御動作が可能と
なる。
なお電子対の伝導チャネルとしては多重量子井戸構造と
してもよいし単一量子井戸構造を用いてもよい。また伝
導チャネルの移動度とキャリア密度を増すためにＡｌＧ
ａＡｓバリア層にのみ不純物をドープするいわゆるモジ
ュレーションドープが効果的である。
してもよいし単一量子井戸構造を用いてもよい。また伝
導チャネルの移動度とキャリア密度を増すためにＡｌＧ
ａＡｓバリア層にのみ不純物をドープするいわゆるモジ
ュレーションドープが効果的である。
また円偏光の代わりに直線偏光・無偏光の光を用いても
伝導チャネルに自由キャリア（準粒子）が発生するので
弱結合を光で制御することは期待できるがこの場合には
スピンの配列は起こらないので、スピン−スピン相互作
用の効果は顕著には発現しないであろう。
伝導チャネルに自由キャリア（準粒子）が発生するので
弱結合を光で制御することは期待できるがこの場合には
スピンの配列は起こらないので、スピン−スピン相互作
用の効果は顕著には発現しないであろう。
以上のように、この発明によれば超伝導弱結合素子にお
いて、半導体部分に光、特に円偏光を照射するようにし
たので、光により超伝導弱結合を制御できるというとと
もに、高速応答特性が得ら・れる効果がある。
いて、半導体部分に光、特に円偏光を照射するようにし
たので、光により超伝導弱結合を制御できるというとと
もに、高速応答特性が得ら・れる効果がある。
第１図（ａ）はこの発明の一実施例による超伝導弱結合
素子の構造を示す図、第１図中）は超伝導−半導体−超
伝導の近接効果を用いた接合を説明するための図、第２
図は光ボンピングにより半導体中の伝導電子をスピン配
列させる・原理の説明図、第３図（ａ）、 （ｂ）は従
来の超伝導弱結合素子の構成を示す図である。 ２１はＧａＡｓ半絶縁性基板、２２はバッファ層、２３
．２５はバリア層、２４は伝導チャネル層、２６ａ、２
６ｂは超伝導材料、２７は円偏光レーザ光。
素子の構造を示す図、第１図中）は超伝導−半導体−超
伝導の近接効果を用いた接合を説明するための図、第２
図は光ボンピングにより半導体中の伝導電子をスピン配
列させる・原理の説明図、第３図（ａ）、 （ｂ）は従
来の超伝導弱結合素子の構成を示す図である。 ２１はＧａＡｓ半絶縁性基板、２２はバッファ層、２３
．２５はバリア層、２４は伝導チャネル層、２６ａ、２
６ｂは超伝導材料、２７は円偏光レーザ光。
Claims (4)
- （１）超伝導体−半導体−超伝導体構造で形成される近
接効果型超伝導弱結合素子において、上記半導体に光を
照射して素子の弱結合特性を制御するようにしたことを
特徴とする超伝導弱結合素子。 - （２）上記光は円偏光であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の超伝導弱結合素子。 - （３）上記半導体の電子伝導チャネルはヘテロ接合量子
井戸構造であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
または第２項記載の超伝導弱結合素子。 - （４）上記ヘテロ接合量子井戸構造はそのバリア層にの
み不純物をドープするいわゆる変調ドープ法を用いたも
のであることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
超伝導弱結合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62115283A JPS63280472A (ja) | 1987-05-12 | 1987-05-12 | 超電動弱結合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62115283A JPS63280472A (ja) | 1987-05-12 | 1987-05-12 | 超電動弱結合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63280472A true JPS63280472A (ja) | 1988-11-17 |
Family
ID=14658826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62115283A Pending JPS63280472A (ja) | 1987-05-12 | 1987-05-12 | 超電動弱結合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63280472A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6486575A (en) * | 1987-06-17 | 1989-03-31 | Hitachi Ltd | Superconducting device |
| US5244870A (en) * | 1990-05-11 | 1993-09-14 | The University Of Tokyo | Superconductive optoelectronic device with the basic substance Cu2 O of superconductive-conjugate photoconductivity |
-
1987
- 1987-05-12 JP JP62115283A patent/JPS63280472A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6486575A (en) * | 1987-06-17 | 1989-03-31 | Hitachi Ltd | Superconducting device |
| US5244870A (en) * | 1990-05-11 | 1993-09-14 | The University Of Tokyo | Superconductive optoelectronic device with the basic substance Cu2 O of superconductive-conjugate photoconductivity |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| e Silva et al. | Electron-spin polarization by resonant tunneling | |
| JP3748905B2 (ja) | 量子効果デバイス | |
| Sarnelli et al. | Residual critical current in high T c bicrystal grain boundary junctions | |
| EP0215298B1 (en) | Semiconductor laser | |
| Lesser et al. | Three-phase Majorana zero modes at tiny magnetic fields | |
| US5012302A (en) | Enhanced conductivity quantum well having resonant charge coupling | |
| Pankratov | Electronic properties of band-inverted heterojunctions: Supersymmetry in narrow-gap semiconductors | |
| Masselink et al. | Improved GaAs/AlGaAs single quantum wells through the use of thin superlattice buffers | |
| JPS63280472A (ja) | 超電動弱結合素子 | |
| Lu et al. | Spin-polarized multiple Andreev reflections in spin-split superconductors | |
| Minden | Effects of proton bombardment on the properties of GaAs laser diodes | |
| JP3149996B2 (ja) | ジョセフソン結合の作製法 | |
| EP0144217B1 (en) | Superconducting device | |
| Murdin et al. | Spin relaxation by transient monopolar and bipolar optical orientation | |
| Scifres et al. | A new scheme for measuring itinerant spin polarizations | |
| JPH06260725A (ja) | 光半導体素子 | |
| US5142341A (en) | Enhanced conductivity quantum well structure having resonant interface phonon induced charge coupling | |
| JPS63250879A (ja) | 超伝導素子 | |
| JP2651143B2 (ja) | 超伝導トランジスタ | |
| Correa et al. | Theory of universal diode effect in three-terminal Josephson junctions | |
| Bresler et al. | Resonance of spin optical nonlinearity in n-InSb | |
| RU2227346C1 (ru) | Сверхпроводящая полупроводниковая наноструктура с квантовыми ямами | |
| Van der Sluijs et al. | Resonant polaron effects on impurity metastable states in n‐GaAs | |
| JPS63280473A (ja) | スイッチング素子 | |
| Ustinov et al. | Interaction of fluxons with Abrikosov vortices in long Josephson junctions |