/ 戸 ¥

I L  

ハH

U T‑ EA  

V  1  j 

。

図

2‑ 1 

. ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 が 挿 入 さ れ た 超 伝 導 ル ー プ の 等 価 回 路

1 

b : バ イ ア ス 電 流 、

1 

c :制御電流、

1

_{0 :}ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 の 臨 界 電 流 値 、

1 

j : ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 に 流 れ る 電 流

η1

u 

q︑u

図

2‑ 2. 

φG  3l1>0 Llb + M1c 

位 相

O

と

L.

Ib+M. Icと の 関 係 太 線 は エ ネ ル ギ 的 に 安 定 な 領 域 細 線 は エ ネ ル ギ 的 に 不 安 定 な 領 域

図

2‑1

に 示 さ れ た 等 価 回 路 を 用 い て 超 伝 導 ル ー プ の ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ を 導 出 し て み よ う 。 付 録Aに 示 さ れ て い る よ う に ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 は ジ ョ セ フ ソ ン 電 流 10 

s 

i 

n 

8、 接 合 容 量 C^j、 コ ン ダ ク タ ン ス G^jの 並 列 接 続 と し て 表 さ れ る 。 バ イ ア ス 電 流 1bは

1  b= 1  0  s i  n  8  +  C  j  (d V  / d t) + Gj

^・

V+1

L

(2.9) 

と 表 す こ と が で き る 。 式

(2. 3)  (2.  8)

に よ り

V

と

1

Lを 消 去 す れ ば 、 位 相

O

に つ い て の 時 間 tに 関 す る 2階 の 微 分 方 程 式 が 得 ら れ る 。

C  j 

(φ

。 /2π) 2 .   d28/d t2+Gj 

(φ

。 /2π) 2 d8/dt 

=ー (φ

。 /2π) 10s in8

ー (φ

。 /2π) 2 8/  L 

+ 

(φ

。 /2π) (1 b  +  M ・  1  c/ L  )  (  2.  1  0) 

Oの 時 間 変 化 の な い 場 合 は 、 左 辺 が Oと な り 、 式 (2.  8)に 帰 結 す る 。

こ こ で ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ Fを 次 の よ う に 定 義 す る 。

F  = =  

(φ

。 /2π) Io(1‑cos8)  + 

^(φ

。 ^{/ 2}

^1C)2 

⁸

²

^/2L 

(φ

。 /2π)

(1 b 

+ 

M . 1 

c/ 

L) 8 

(  2.  1 1  ) 

第

l

項 は ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 部 分 の ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ 、 第

2

項 は イ ン ダ ク タ ン ス 部 分 の 磁 気 エ ネ ル ギ 、 第

3

項 は 電 流 源 に 対 し て す る 仕 事 と 解 釈 す る こ と が で き る 。 。 に つ い て の

F

の 微 分 係 数 は

δF/δ8  = 

(φ

。 ^{/ 2}

^1C)

^{10s i  n 8} 

+ 

(φ

。 ^{/ 2}

^1C)

28/

し

一 (φ

。 /2π)

(1 b 

+ 

M .  1 

c/ 

L )  と 書 き 表 せ る 。 従 っ て 、

(2.  12)

^は

(2. 10)

^より

(2.  12) 

C  j 

(φ

。 ^{/ 2}

^1C)

^2d28/d t2 

+  G  j 

(φ

。 /2

1C)

2d8/d t=

ー

δF/δ8 (2.13) 

と 書 く こ と が で き る 。 こ こ で C

j 

(φ

。 / 2 

1C) 

2

^を質量、

Gj 

(φ

。 /2π) 2

^を

摩 擦 係 数 と 置 き 換 え る と 、

(2.  13)

に 記 述 さ れ る 位 相

O

の 振 舞 い は ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ F (8)の 中 で 運 動 す る 質 点 の 振 舞 い に 等 価 で あ る 。 。 の 安 定 な 動 作 点 は ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ の 極 小 点 と し て 与 え ら れ 、

δF/δ8  = 

(φ

。 / 2

1C)

{los i  n8 

+ 

(φ

。 / 2

1C)

8/L‑Ib‑M' Ic/L} =0  (2.  14) 

Fh υ 

η φ  

。

^{2 F}

^{/ δ 8}

^2= (φ

^{。 / 2}

^1!)

⁽¹

⁰⁸ 

ⁱⁿ⁸ 

+  (φ0/ 2π ) /L)  >  0  (2.  15) 

を 満 足 し て い る 。 図

2‑2

の 曲 線 は 式

(2. 14)

を 満 足 す る

O

と

L

・

1b+ M  .  1 

^cの 関 係 を 示 す も の で あ る 。 式

(2. 15)

は 式 (

2.  8)

の 左 辺 を

O

で 微 分 し た こ と と 等 価 で あ り 、 式

(2. 15)

を 満 た す 部 分 は 図

2‑2

の 曲 線 の 傾

き が 正 の 部 分 で あ る 。 従 っ て 、 図 の 曲 線 の 中 で 太 線 で 描 か れ た 部 分 は 式

(2.

1  5 

) も 満 足 し 、 安 定 な 動 作 点 を 示 す も の で 、 そ れ 以 外 の 部 分 は 式

(2. 15) 

を 満 足 せ ず 不 安 定 な 領 域 を 示 す 。 位 相

O

と 外 部 電 流

L

・

1b+M.1

^{cと の 関 係}

の 中 で 不 安 定 な 領 域 が 存 在 す る と い う こ と は 、 外 部 電 流 の 連 続 的 な 変 化 に 対 し て 位 相 の 飛 び が 起 こ る こ と を 意 味 し て い る 。 こ の 飛 び は 図

2‑ 1

の 回 路 の 中 で 電 気 的 に は 次 の よ う に 説 明 で き る 。 ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 に 流 れ る 電 流 1Jが ジ ョ セ

フ ソ ン 接 合 の 臨 界 電 流 値 を 超 え た 時 、 ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 は 過 渡 的 に 電 圧 状 態 と な り 流 れ て い た 電 流 の ほ と ん ど が イ ン ダ ク タ ン ス 側 へ 移 り 、

1 

Lの 急 激 な 変 化 が 見 ら れ る 。 こ れ が 超 伝 導 ル ー プ へ の 量 子 磁 束 の 捕 獲 あ る い は 放 出 、 即 ち 位 相 の 飛 ぴ に 対 応 し て い る 。

図

2‑2

の 例 で は 外 部 電 流 ゼ、ロ の 時 に

2

つ の 動 作 点 が 存 在 す る こ と に な る 。 同 一 の 外 部 電 流 に 対 し て 位 相 に 関 す る 複 数 の 安 定 動 作 点 が 存 在 す る こ と と 、 こ れ ら の 動 作 点 聞 の 移 動 が 外 部 電 流 に よ り 制 御 さ れ る こ と が ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 を 含 む 超 伝 導 ル ー プ の 記 憶 動 作 の 基 本 と な っ て い る 。

2.  2 

量 子 磁 東 転 移 型 記 憶 セ ル の 提 案

2.  2.  1 

動 作 原 理

量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 等 価 回 路 を 図

2‑3

に 示 す 。 記 憶 ル ー プ は ル ー プ

1

と ル ー プ

2

の

2

つ の 超 伝 導 ル ー プ よ り 成 り 、 そ れ ぞ れ の 超 伝 導 ル ー プ は

1

個 の ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 と イ ン ダ ク タ ン ス 及 び ダ ン ピ ン グ 抵 抗 か ら 構 成 さ れ て い る 。

ループ

1

に 含 ま れ る ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 を

J 1

、 ル ー プ

2

に 含 ま れ る ジ ョ セ フ ソ ン接合を

J2

と 呼 ぶ 。 読 み 出 し ゲ ー ト は ル ー プ

2

と 磁 気 的 に 結 合 し た

2

接 合 の 超 伝 導 量 子 干 渉 計 を 用 い る 。 記 憶 セ ル を 選 択 し 、 記 憶 動 作 を 制 御 す る 入 力 電 流 として

1

x (Xア ド レ ス の 選 択 信 号 〉 、

1 

y ( Yア ド レ ス の 選 択 信 号 ) 、

1 

d c 

( 動 作 の 原 点 を 設 定 す る D Cオフセット電流〉、 1 a ( 読 み 出 し ゲ ー ト の バ イ ア ス 電 流 ) を 設 け る 。 図 に 示 す よ う に

1

xと

1

d cは ル ー プ

1

の 一 部 に 磁 気 的 に 結 合 し、

1

yは ル ー プ

1

に 直 接 注 入 さ れ る 。 デ ー タ

1

" 、 デ ー タ

o

"の書き込み、

読 み 出 し は 入 力 信 号 1x、 1yの 方 向 を 制 御 す る こ と で 実 現 す る 。 こ の 記 憶 セ ル は 印 加 す る 電 流 の 方 向 が

1

つ の 情 報 量 と し て 働 く 。 図 に お い て 矢 印 の 方 向 が 正 の方向と定義する。

本 記 憶 セ ル の し き い 値 特 性 を 求 め る 。 磁 束 の 量 子 化 条 件 と 電 流 連 続 の 条 件 よ り 、 入 力 電 流

1

x、

1

^y、 ジ ョ セ フ ソ ン 接 合

J 1

、

J2

の 位 相

81

、

82

に 関 す る 方 程 式 は 次 の よ う に 与 え ら れ る 。

f 1 

(8 

l' 

8 

2) = 

(φ

。 /2π) (81+2 n1π‑82+2n2π

^〉

一 (L 

2  1 

y 

+ 

(L 

1  + 

L 

2 )   (1 

x ‑

1  1  S 

i 

n 81) + 

^L 3 

1  2  S 

i 

n 8  2 )  

= 0   (2.  18) 

f 2 ( 

8 

1， 

8 

2) = 

(φ

。 /2π) (82‑2n2π

^〉

一 (L₄Iy‑ L₄I

1s

ⁱ 

n81

^{ー (L3}

+

L₄₎ 

1  2S 

i 

n 82) 

= 0   (2.  17) 

ここで、

1  1

、

12

は ジ ョ セ フ ソ ン 接 合

J 1

、

J2

の臨界電流値、 L

1

^、 L

2

^、L

3、

L4

は図

2‑3

に 示 す イ ン ダ ク タ ン ス 、

8

1、

8

2は ジ ョ セ フ ソ ン 接 合

J 1

、

J  2

の位相、 n1、n2は そ れ ぞ れ 整 数 で 記 憶 セ ル の ル ー プ

l

、 ル ー プ

2

に 蓄 え ら れ る 量 子 磁 束 の 数 で あ る 。 簡 単 の た め 、 こ の 方 程 式 に お い て 図

2‑3

の 中 に 示 さ れ た 相 互 イ ン ダ ク タ ン ス M₁、M₂は し い L2と 等 し い と 仮 定 し た 。 ま た 、 式

(2. 18)

、

(2.  17)

が 解 を 持 つ 条 件 は

h 

(81

^，

82) 

^= (df1/

δ8  1 )

・

(δf2/ δ 82 )  

一

(δf1/δ8 2 )

・

(δf2/ δ 81) >0  (2.18) 

すなわち

ni

n 4 υ  

 

A11112c 0 S 

8

1c 0 S 

8

2+ A211c 0 S 

8

1 

+A31 2C 0 S 

8

2

+ A

4

>  0  (2. 

18)  但し、 A1= (L1L3+L1L4+L2L3+L2L4+L3L4) / (L2L4) 

A2= (φ。/

2 

1!)  (L 1 + L 2 + L 4)  /  (L 2 L 4)  A 3= (φ

。 /2

1!) (L3+ L4) (L2L4) 

A4= 

(φ

。 /2π)

2 /  

(L

₂

L

₄₎ 

し き い 値 特 性 は 安 定 条 件 と 不 安 定 条 件 の 境 界 の

1

x、

1

^yの 集 合 と 定 義 で き る の で、 f2 

(8 

¹

，  8 

^{2)  =} 

0

、

h (8 

¹

，  8 

^{2)  =} 

0

の 拘 束 条 件 の も と で 、 あ る 1x 

の時の

8

1、

8

2を ニ ュ ー ト ン 法 で 求 め 、 そ の 時 の 1yの 値 を f1 

(8 

1

，  8 

2)  = 

O

か ら 求 め る こ と に よ り し き い 値 特 性 を 求 め る こ と が で き る 。 求 め た し き い 値 特 性 を 図

2‑4

に 示 す 。 ま た 図

2

ー

5

に は 読 み 出 し ゲ ー ト と し て 用 い る

2

接 合 超 伝 導 量 子 干 渉 計 の し き い 値 特 性 を 示 す 。

上 述 の よ う に 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の ル ー プ

l

に 捕 捉 さ れ る 量 子 磁 束 の 数 をnぃ ル ー プ 2に 捕 捉 さ れ る 量 子 磁 束 の 数 を n2と し て 、 記 憶 ル ー プ 内 の 量 子 磁 東 の 状 態 を (nぃ n2) と 表 す こ と と す る 。 図

2‑4

に 示 さ れ た

3

つ の し き い 値 曲 線 は そ れ ぞ れ

(0

、

0)

、 ( 

1

、

0)

、

(0

、

1 

) の 状 態 を 示 す 。 こ こ で 正 の 量 子 磁 束 数 は 図

2‑3

の 回 路 図 に お い て 右 回 り の 永 久 電 流 が 流 れ る 状 態 と定義する。 D Cオ フ セ ッ ト 電 流 1d cに よ り 点 0"を 動 作 の 原 点 と す る 。 図 に 示 さ れ て い る と お り 、 点 0"の 状 態 で は (0、

o

) の 状 態 (

o

^1" )と

(  1

、

0)

の 状 態 (

O

_2'' ) の

2

つ の 安 定 な 状 態 が 存 在 す る 。 こ の

2

つ の 安 定 状 態 を デ ー タ 1" 、 デ ー タ 0"に 対 応 さ せ る 。 図

2‑4

の 点

A"

、

B 

"、 C"の 各 点 は そ れ ぞ れ 書 き 込 み 、 読 み 出 し の 時 の 動 作 点 の 一 例 を 示 し て い る 。 デ ー タ 1" の 書 き 込 み の 時 に は 1x、 1yを 負 の 方 向 に 印 加 し て 動 作 点 を 原 点

0"

か ら 点

A"

に 移 し 、 記 憶 ル ー プ 内 の 量 子 磁 束 の 状 態 を

(0

、

0)

と す る 。 書 き 込 み の 後 、 1 x、 1yが ゼ ロ に 戻 っ た 時 に は 、 動 作 点 は 原 点

o

^1 " 

へ戻り、 (0、 0) の 状 態 を 保 持 し て い る 。 ま た デ ー タ

o

" を 書 き 込 む 時 は 1 x、 1yを 正 の 方 向 に 印 加 し て 動 作 点 を 点 B"に 移 動 し 、 記 憶 ル ー プ の 量 子 磁 束 の 状 態 を (1、 0) と す る 。 こ の 後 、 1 x、 1 yが ゼ ロ に 戻 っ た 時 に は 、 動 作 点 は 原 点

o

2" ヘ戻り、 ( 

1

、

0)

の 状 態 を 保 持 し て い る 。 次 に 読 み 出 し の 時は

1

xを 正 の 方 向 に

1

^yを 負 の 方 向 に 印 加 し 、 動 作 点 を 点

C"

に 移 す 。 こ の

IDC 

I x  

JI 

図

2‑3. 

I y  

1 5  

子 磁 東 転 移 型 記 憶 セ ル の 等 価 回 路

L

1

= 5 p H 、 L

2

= 4 p H 、 L

3

= 7 p H 、 L

4

= l p H 1

1

=0.2mA 、 1

2

=0.lmA 、 1

3

=0.lmA 1

4

=0.  lmA (1

1

‑‑1

4 : 

J l‑‑J4

の 臨 界 電 流 値 )

R

1

=1.5Q 、 R

2

=1.5Q

‑3 9   ‑

‑ 0 . 4  

図

2‑ 4. 

Iy  (mA ) 

子 磁 東 転 移 型 記 憶 セ ル の し き い 値 特 性

① デ ー タ

1

" 書 き 込 み の 時 の 動 作 マ ー ジ ン

② デ ー タ

o

" 書 き 込 み の 時 の 動 作 マ ー ジ ン

③ 読 み 出 し の 時 の 動 作 マ ー ジ ン

Is(mA) 

一 0 . 5 φ 。 。 0 . 5 φ 。 _φIn 

図

2‑5. 

子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 読 み 出 し ゲ ー ト (2接 合 量 子 干 渉 計 〉 の し き い 値 特 性

‑4 1   ‑

時 、 書 き 込 ま れ て い た 情 報 が デ ー タ

1

" で あ れ ば 動 作 点 は

(0

、

0)

の し き い 値 曲 線 の 中 か ら

(0

、

1 

) の し き い 値 曲 線 の 中 に 移 り 、 ル ー プ

2

に

l

個 の 子 磁 束 が 侵 入 す る こ と に な る 。 こ の こ と は 図

2‑5

に 示 す 読 み 出 し ゲ ー ト の し

き い 値 特 性 上 に お い て 動 作 点 が 点 D"か ら 点 E"に 移 る こ と に 対 応 す る 。 従 っ て 、 そ れ に 伴 い 読 み 出 し ゲ ー ト が 電 圧 状 態 へ と ス イ ッ チ す る 。 一 方 、 書 き 込 ま れ て い た 情 報 が デ ー タ

o

" で あ れ ば 、 動 作 点 は (

1

、

0)

の し き い 値 曲 線 内 を 移 動 す る だ け で あ り 、 量 子 磁 束 の 状 態 に 変 化 は な く 読 み 出 し ゲ ー ト も ス イ ッ チ し な い 。 読 み 出 し ゲ ー ト の し き い 値 特 性 上 で は 動 作 点 が 点 D"か ら 点 D' " に 移 る こ と に 対 応 し て い る 。 さ て 以 上 で 読 み 出 し 動 作 は 完 了 す る が 、 読 み 出 し た 後 の 記 憶 ル ー プ の 量 子 磁 束 の 状 態 に つ い て 調 べ る 必 要 が あ る 。 読 み 出 し た 後 、 記 憶 ル ー プ の 状 態 が 変 わ っ て し ま っ て は 非 破 壊 読 み 出 し は 実 現 し な い 。 デ ー タ

o

" を 読 み 出 し た 場 合 に は 量 子 磁 束 の 状 態 は (

1

、

0)

の ま ま 変 化 し て い な い の で 、 そ の ま ま (

1

、

0)

の 状 態 に 復 帰 す る 。 一 方 、 デ ー タ

1

" を 読 み 出 し た 時 、 動 作 点 を 点 C"か ら 原 点 0"に 戻 す と 、 原 点 で は (0、

0)  (1

、

0)

い ず れ の 状 態 も 取 り 得 る 。 し か し な が ら 、

2. 2.  3

項 で 詳 述 す る よ う に 、 ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ 的 に 本 記 憶 セ ル の 記 憶 動 作 を 観 察 す る と 、 点

C"

の 状 態 か ら は

(0

、

0)

の 状 態 ヘ 戻 る 確 率 が 最 も 高 い 。 従 っ て 、 ダ ン

ピ ン グ 抵 抗 を 最 適 な 値 に 設 定 す る こ と に よ り 、 安 定 に (0、 0) の 状 態 ヘ 復 帰 さ せ る こ と が で き る 。 即 ち 非 破 壊 読 み 出 し 動 作 を 実 現 す る こ と が で き る 。 ま た 以 上 の 動 作 か ら わ か る よ う に 本 記 憶 セ ル の 入 力 電 流 は

1

x、

1

yの

2

つ の み で あ る。

3

つ の パ ラ メ ー タ を 有 す る 記 憶 セ ル で は 従 来 例 の 問 題 点 で 指 摘 し た よ う に 半 選 択 状 態 に よ り 動 作 マ ー ジ ン が 狭 め ら れ る が 、 本 記 憶 セ ル で は 半 選 択 状 態 に よ り 動 作 マ ー ジ ン が 狭 め ら れ る こ と は な い 。 読 み 出 し ゲ ー ト は 入 力 線 に 直 接 結 合 し て お ら ず 、 ル ー プ2の 量 子 磁 束 転 移 を セ ン ス す る こ と に よ り デ ー タ を 読 み 出 す の で 、 動 作 マ ー ジ ン を 広 く と れ る と い う 特 徴 を 持 つ 。 言 い 換 え る と ル ー プ 2の 量 子 磁 束 転 移 現 象 は 読 み 出 し ゲ ー ト へ の 入 力 信 号 を 増 幅 す る 役 割 を 果 た し 、 そ の た め 読 み 出 し ゲ ー ト の 動 作 マ ー ジ ン を 広 く 保 つ こ と が で き る 。 こ の よ う に ル ー プ

l

は 情 報 を 蓄 え る 役 割 を 果 た し 、 ル ー プ

2

は 読 み 出 し 動 作 の 時 に 量 子 磁 東 転 移 を 起 こ す 。 表

2‑1

は 以 上 の 動 作 を ま と め た も の で あ る 。 表 の 中 で 例 え ば

0" (0

、

1 

) は

(0

、

1 

) の 磁 東 状 態 で 動 作 点

0"

に あ る こ と を 示 す 。

表

2‑ 1  . 

量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 動 作 状 態

operating point 

operation  memory loop  sense gate 

"1" write  "0"  一 → "A" " 0 "  

" . 1  "hold  "0"(0 ， 0)  " 0 "  

"O"write  "0"  ‑ → "8"  .  " 0 "  

"O"hold  "0"(1 ， 0)  " 0 "  

"  1  "read  "0" (0 ， 0)  ‑ → "C" (0 ， 1 )   "0"‑ → " E "  

"0" read  "0"(1 ， 0) 一 → "C"(1 ， 0) "0"‑

一歩

" 0 ' "

^I 

‑43  ‑

表

2‑2.

記 憶 セ ル 内 の 記 憶 ル ー プ で の 電 流 の 流 れ

I x   I y  

I d a t a 。  

1 xの 欄 は 入 力 電 流 1xに よ り 誘 起 さ れ た 各 ブ ラ ン チ の 電 流 の 向 きを示す。 1yの 欄 は 入 力 電 流 1yに よ り 注 入 さ れ た 各 ブ ラ ン チ の 電 流 の 向 き を 示 す 。 1d a t aの 欄 は デ ー タ 1"、

o 

^{" に 対}

応 し て 流 れ る 周 囲 電 流 の 向 き を 示 す 。

" 1 "  W r l t e   A 

↓ 

I o c   I x  

B 

↓ 

↑ 

"0" 

W r i t e   A  B 

↓ 

↑  ↓ 

I y  

" 1 "   Read 

"0" 

Read  A  B  A  B 

↑ 

↑ 

↑  _↓ 

次 に 本 記 憶 セ ル の 動 作 を 記 憶 ル ー プ に 流 れ る 電 流 と い う 観 点 か ら 考 察 す る 。 表

2‑2

は 記 憶 ル ー プ の 左 右 の 分 校 に 流 れ る 電 流 の 向 き と 記 憶 動 作 と の 関 係 を 示 し た も の で あ る 。 各 矢 印 は 電 流 の 方 向 を 表 し 、 大 き さ は 無 視 し て い る 。 1xの 欄 は 制 御 電 流 1xに よ り 電 磁 的 に 誘 起 さ れ た 電 流 の 方 向 、 1 yの 欄 は 注 入 さ れ た

1 yが 分 岐 し た 電 流 の 方 向 、 1 d a t aの 欄 は デ ー タ 1" 、 デ ー タ

o

" の 情 報 に 従 っ て 記 憶 ル ー プ 内 に 流 れ る 周 回 電 流 1d a t aの 方 向 を 表 し て い る 。 各 ブ ラ ン チ には 1x、 1yに よ り 分 流 さ れ た 電 流 と デ ー タ に 従 っ て 流 れ て い る 周 回 電 流 1da  t aが 重 畳 さ れ て い る 。 表

2‑2

に 示 さ れ て い る よ う に 、 記 憶 ル ー プ に 異 な っ た 情 報 を 書 き 込 む 時 、 即 ち デ ー タ

1

" → デ ー タ

o

" あ る い は デ ー タ

o

" →   デ ー タ

1

" の よ う に 情 報 を 変 更 し よ う と す る と き に ブ ラ ン チ

A

に 流 れ て い る 各 電 流 は 同 方 向 に 重 な り 合 い 、 そ の 大 き さ を 最 大 に す る 。 そ の 結 果 、 ジ ョ セ フ ソ ン 接 合

J1

が 電 圧 状 態 に ス イ ッ チ し 、 情 報 が 書 き 込 ま れ る 。 こ の 時 、 ブ ラ ン チ

B

に 流 れ る 各 電 流 は 方 向 が 異 な っ て お り 、 互 い に 打 ち 消 し あ う た め 、 ジ ョ セ フ ソ ン 接 合

J2

は ス イ ッ チ し な い 。 読 み 出 し の 時 に は デ ー タ

1

" の 読 み 出 し の 時 の み 、 ブ ラ ン チ Bに 流 れ る 各 電 流 の 向 き が 同 じ に な り 、 ジ ョ セ フ ソ ン 接 合

J  2

が ス イ ッ チ し て ル ー プ

2

に 量 子 磁 束 が 捕 捉 さ れ る こ と と な る 。 デ ー タ

O

" 読 み 出 し の 時 の ブ ラ ン チ B、 あ る い は 読 み 出 し 動 作 の 時 の ブ ラ ン チ Aで は 各 電 流 の 方 向 が 異 な っ て お り 、 ジ ョ セ フ ソ ン 接 合

J 1

、

J2

い ず れ も ス イ ッ チ し ない。

2.  2.  2 

回 路 パ ラ メ ー タ の 決 定

こ の 項 で は 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 動 作 マ ー ジ ン を 最 大 に す る よ う に 記 憶 セ ル の 各 パ ラ メ ー タ の 検 討 を 行 う 。

図

2‑8

は 記 憶 セ ル の 動 作 領 域 を 示 し た 図 で あ る 。 図 に お い て ① ② ③ の 領 域 は そ れ ぞ れ デ ー タ 1" 書 き 込 み 、 デ ー タ 0"書 き 込 み 、 読 み 出 し の 時 の 動 作 領 域 を 示 す 。 図 か ら 明 ら か な よ う に 本 記 憶 セ ル の 動 作 マ ー ジ ン は (0、 0) の 状 態 の し き い 値 曲 線 と (

1

、

0)

の 状 態 の し き い 値 曲 線 と の 重 な っ て い る 部

‑45 ‑

分 の 形 状 に よ り 決 ま る 。 即 ち 重 な り 部 分 が で き る だ け 左 右 上 下 対 称 で あ る こ と が 動 作 マ ー ジ ン を 広 く 取 る 上 で は 望 ま し い 。 前 項 の 動 作 原 理 よ り 本 記 憶 セ ル に お い て 情 報 を 蓄 え る の は ル ー プ

l

で あ り 、 ル ー プ

2

は 読 み 出 し 動 作 の 時 に 量 子 磁 東 転 移 を 起 こ し デ ー タ を 蓄 え る 必 要 は な い 。 一 般 に ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 を 含 む 超 伝 導 ル ー プ に お い て n個 の 量 子 磁 束 を 貯 え る た め に は 10 L 

> 

^nφ。(1 0 :ジ

ョ セ フ ソ ン 接 合 の 臨 界 電 流 値 、

L:

超 伝 導 ル ー プ の 臨 界 電 流 値 〉 で あ る 必 要 が あ る 。 従 っ て 、 本 記 憶 セ ル の ル ー プ の イ ン ダ ク タ ン ス と ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 の 臨 界 電 流 値 は 次 の 条 件 を 満 た す よ う に 設 定 す る 必 要 が あ る 。

2φ 。 >I1L1oop1>φ 。

1  2L 1oop2<φ 。

(2.  20)  (  2.  2 1  ) 

(  1  1

、

12  :  J  1

、

J2

の 臨 界 電 流 値 、

L1 o o p 1  

:図

2‑3

に お い て ジ ョ セ フ ソ ン接合 J

1

か ら み た ル ー フ

1

の イ ン タ ク タ ン ス 、

L1 o o p 2  

:図

2‑3

に お い て ジ ョ セ フ ソ ン 接 合

J2

か ら み た ル ー プ

2

の イ ン ダ ク タ ン ス ) 。 実 際 に は ル ー プ

l

に は ル ー プ2が 含 ま れ る 形 と な る の で 、 解 析 的 に す べ て の パ ラ メ ー タ を 決 定 す る こ と は 困 難 で あ る 。 こ こ で は 図

2‑3

に 示 さ れ た パ ラ メ ー タ

I

ぃ

1

2、

L

1、

L2

^、

L3

、

L4

な ど を 式

(2.20) (2.21)

の 条 件 を 満 た す よ う に 、 さ ら に は 作 製 技 術 か ら み て 実 現 可 能 な 値 を 設 定 し 、 し き い 値 曲 線 を 導 き 、 そ の 結 果 を フ ィ ー ド パ ッ ク し て 各 パ ラ メ ー タ を 最 適 化 す る 、 と い う 手 法 に よ り 各 パ ラ メ ー タ の 値 を 決 定 し た 。 ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 は 最 小 の パ タ ー ン 寸 法 を

3 μ m

とし、

そ の 臨 界 電 流 密 度 は プ ロ セ ス の 再 現 性 な ど を 考 慮 し て 約

1200A/cm2

を 採 用 し た 。 従 っ て 、 最 小 接 合 は

3 x  3 μ m2

の 寸 法 で

O. 1  m A

の 臨 界 電 流 値 を 有 す る 。 図

2‑4

の し き い 値 特 性 を 有 す る 回 路 パ ラ メ ー タ は 図

2‑3

の 脚 注 に 示 さ れ て い る 。 こ の 時 の 入 力 電 流 1x、 1 yの 動 作 マ ー ジ ン は 書 き 込 み 、 読 み 出 し に 対 し て そ れ ぞ れ 約

3 3 %

である。

さ て 記 憶 セ ル を 実 現 す る 上 で は 、 そ の 作 製 す る 過 程 に お い て 様 々 な 要 因 に よ り パ ラ メ ー タ の バ ラ ツ キ が 生 じ る 。 成 膜 時 の 膜 厚 の 不 均 一 性 や リ ソ グ ラ フ ィ や 加 工 に よ る パ タ ー ン の バ ラ ツ キ 、 装 置 に 起 因 す る 再 現 性 の 問 題 な ど に よ り パ ラ メ ー タ の バ ラ ツ キ は 不 可 避 な 問 題 で あ る 。 こ こ で は こ の パ ラ メ ー タ の バ ラ ツ キ が 記 憶 セ ル の 動 作 マ ー ジ ン に ど の よ う な 影 響 を 与 え る か 調 べ る こ と と す る 。 図

2‑8

は 記 憶 セ ル の 中 の ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 の 臨 界 電 流 値 が 士

10%

パ ラ つ い た

ドキュメント内 ジョセフソン高速記憶回路用量子磁束転移型記憶セルの研究 (ページ 38-52)