Brevet FR2013002A1 — publié le 19700327

la présente invention se rapporte à des 'barrières supraconductrices à effet ttmnel et, plus particulièrement, à la transmission à grande vitesse d'un rayonnement, d'une barrière supraconductrice à effet tunnel donnée d'un réseau, à d'autres barrières faisant partie du même réseau ou à des barrières d'autres réseaux. 5 En 1962, dans un article intitulé "Possible New JSffects in Superconductive Tunneling" pages 251 à 253 de l'édition du 1 Juillet 1962 de "Physics Letters, B.D. JOSEPHSON décrit le phénomène de l'effet tunnel agissant sur un supracourant sa lui faisant traverser une barrière séparant deux supraconducteurs. En outre, Josephson a prédit que des courants d'oscillation accompagnés d'une émission de photons seraient 10 engendrés si l'on entretenait une différence de potentiel entre les deux côtés d'une barrière. D'autres chercheurs , tels que B.W. Anderson et J.P. Rcwell, ont observé et caractérisé l'effet Josephson de courant continu. Des courants d'oscillation couramment dénommés "effet de courant alternatif" ont été observés pour la première fois par I.K. Tanson et al en 1955» bien que des données expérimentales très indi-15 rectes aient établi l'existence de tels courants, antérieurement à cette date. Parallèlement à ces efforts expérimentaux, des recherches théoriques ont permis de déterminer la nature, tant du phénomène de courant continu que du phénomène de courant alternatif. Jusqu'à présent, une barrière à effet tunnel était fabriquée en déposant 20 les supraconducteurs successivement, sous forme de bandes, sur un substrat diélectrique. La surface de la première bande supraconductrice déposée est oxydée dans' l'ambiance d'un local avant le dépôt de la seconde bande , ce qui crée la barrière isolante nécessaire entre les bandes. Des barrières préparées de cette manière ont été utilisées dans des circuits logiques tels que ceux qui sont décrits dans le bre-25 vet des Etats Unis d'Amérique n° 3-301.609 et utilisent l'effet Josephson de courant continu. Par contre, l'effet Josephson de courant alternatif n'a pas trouvé jusqu'à présent d'utilisation sur une grande échelle, principalement en raison de la difficulté de transmettre le rayonnement émis, d'une barrière à un dispositif d'utilisation. Cette difficulté de transmission du rayonnement émis a été l'un des 30 obstacles majeurs qui ont dû. être surmontés pour pouvoir observer ce phénomène expérimentalement . Une barrière à effet tunnel préparée suivant l'invention comporte une couche d'oxyde entre des couches de métal supraconducteur pour engendrer le rayonnement micrométrique, plus un guide d'onde adapté sur mesures (par exemple une couche de 35 réserve photographique) pour transmettre le rayonnement. Dans le passé, les expérimentateurs travaillant avec des barrières à effet tunnel, ont tenté d'utiliser des guides d'ondes rectangulaires non diélectriques pour transmettre le rayonnement émis à partir de la barrière. En raison de la faible puissance disponible (ÎO-"^ à 10 watt) et de la désadaptation d'impédance (qui correspond à un chiffre plus médiocre 40 que 10-^) entre la barrière et le guide d'ondes, cette technique s'est avérée extrêmement laborieuse et n'a produit que des résultats d'une précision douteuse. 4 % 69 24032 2 2013002 En outre, ce qui est plus grave, elle empêche en fait une application efficace de l'effet Josephson de courant alternatif. Or, si des limitations intrinsèques résultant de l'effet d'auto-blindage maintiendront toujours la puissance de sortie à un niveau peu élevé, on peut faire "beaucoup pour réduire la désadaptation d'impédance. 5 Grâce à l'invention, un rayonnement de courant alternatif d'une barrière à effet tunnel peut être efficacement transmis à un dispositif d'utilisation tel qu' une autre barrière à effet tunnel. Cette transmission est assurée par une réduction au minimum de la désadaptation d'impédance entre le bord de la barrière et le matériau adjacent du guide d'ondes (par exemple une couche de réserve photographique). 10 Lorsque deux barrières sont couplées suivant les enseignements de l'invention, le rayonnement de courant alternatif produit dans l'une delles, peut être transmis à l'autre sans affecter le fonctionnement de l'ensemble, comme décrit plus loin. Sous l'un des aspects de l'invention, un premier réseau de supraconducteurs est disposé sur un substrat isolant et est revêtu d'une matière de réserve photogra-15 phique. Des fenêtres sont gravées dans la réserve photographique en regard de chaque supraconducteur où une barrière doit être formée. Des couches d'oxyde formant barrières sont produites sur les supraconducteurs par bombardement ionique des zones des fenêtres de la matière de réserve photographique après un processus de préparation qui comprend un nettoyage de la surface métallique du supraconducteur. Après 20 la croissance,de la barrière, un second réseau de supraconducteurs est déposé en phase vapeur sur la matière de réserve photographique et sur la couche d'oxyde pour compléter la formation d'un dispositif supraconducteur à effet tunnel dans chaque zone de fenêtre. En donnant à la couche de réserve photographique -une configuration convenable, on peut assurer une transmission efficace d'un rayonnement, d'une barriè-25 re donnée à une ou plusieurs barrières environnantes et son blocage par rapport à d'autres barrières du réseau. L'une des applications des réseaux de barrières, suivant l'invention, peut être trouvée dans une mémoire d'ordinateur où les temps de commutation sont de la plus haute importance. L'effet Josephson de courant alternatif est un effet rayonné 30 (régions des hyperfréquences et de 1'infra-rouge lointain) qui assure un couplage entre réseaux extrêmement serré (vitesse de transmission de l'ordre de l/2c où c représente. la vitesse de la lumière et est égal à 3 x 10 cm/sec) et en conséquence, des pertes L/R très réduites lors du transfert d'information entre des réseaux. L'une des caractéristiques d'une barrière supraconductrice à effet tunnel présentant l'ef-35 fet Josephson réside en ce que le rayonnement transféré à partir d'une première barrière, au moyen d'un guide d'ondes, à une autre barrièrë détermine une superposition de la fréquence de rayonnement de la première barrière à la fréquence de rayonnement de la seconde' barrière ce qui modifie cette dernière fréquence. Il en résulte une modulation de fréquence qui së présente sous la forme d'une modulation de tension 40 à travers la "seconde barrière, modulation de tension qui peut être détectée et utilisée pour des opérations de calcul. 24032 3 2013002 Pour assurer un couplage inter-réseaux efficace entre des dispositifs supraconducteurs à effet tunnel, l'invention a, notamment, pour objet : - de réduire la désadaptation d'impédance entre la barrière et le guide d'ondes de couplage ; 5 - de créer, entré des barrières supracohductrices à effet tunnel, un cou plage d'une constante de temps ne dépassant pas notablement les temps de commutation des barrières qui sont inférieurs à la nanoseconde ; - de créer un procédé permettant de produire des réseaux de barrières supra-conductrices à effet tunnel interconnectées ; 10 - de créer un procédé permettant de produire des connexions entre réseaux de barrières supraconductrices à effet tunnel, grâce auxquelles le rayonnement d'une première barrière peut être transmis à une seconde pour affecter le fonctionnement de celle-ci. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la descrip- 15 tion qui va suivre. Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple : la Fig. 1 représente les caractéristiques intensité-tension d'une barrière • à effet tunnel de Josephson ; la Fig. 2 représente schématiquement un guide d'ondes exempt de dispersion ; 20 la Fig. 3 représente un guide d'ondes èn forme de bande non homogène et sub divisé en bande d'aire A F ; les Fig. 4a et 4b sont des représentations schématiques de lignes de flux électriques et magnétiques correspondant à de brusques changements de section droite entre deux guides d'onde ; 25 les Fig. 5 a et 5b représentent une barrière supraconductrice à effet tunnel produite par un procédé de la technique antérieure ; les Fig. 6a et 6b représentent schématiquement une barrière supraconductrice à effet tunnel produite conformément à l'invention ; la Fig. 7 est une vue en coupe transversale d'une barrière supraconductrice 30 à effet tunnel produite conformément au procédé suivant l'invention, et la Fig. 8 est une vue en coupe transversale en perspective isométrique représentant deux barrières supraconductrices à effet tunnel interconnectées. Comme représenté sur les figures, une jonction convenable permettant la mise en oeuvre de l'invention est une jonction plomb-isolant-plomb (pb - Pb O - Pb) ^ y 35 sur un substrat en verre. Dans l'article précédemment cité, B.D. Josephson a prédit qu'un supracourant (courant de tension nulle) traversera une barrière d'énergie insérée entre deux supraconducteurs. Ce supracourant résulte de la transmission par effet tunnel sans dissipation de paires d'électrons (paires de Cooper) de l'un de ces supraconducteurs à l'autre à travers la barrière sans chute de tension a'un côté à 40 l'autre de celle-ci, à condition que la structure soit maintenue inférieure à la température de transition de supraconduetion Tc . En ce qui concerne les supraconducteurs 24032 4 2013002 au plomb, la température critique est de l'ordre de 7»2° K et l'effet Josephson est facile à observer à 4,2° K, température de l'hélium liquide. Une courbe type de la caractéristique d'effet tunnel bien connue d'une barrière supraconductrice est tracée au moyen d'ion enregistreur de graphiques à deux 5 coordonnées 2—Y comme représenté sur la Fig. 1. Le courant d'effet tunnel I est porté sur la courbe en fonction de la tension V régnant de part et d'autre d'une barrière à effet tunnel. Strictement parlant, le symbole I représente un courant de ^ * tension nulle d'effet de tunnel Ij jusqu'à la valeur maximale IJ0, tandis que les valeurs de courant supérieures à Ijq sont obtenues en soumettant à un effet tunnel 10 le courant de quasi-particules. L'origine et la forme détaillée de la boucle d'hystérésis sont encore lrobjet de discussions. Fondamentalement, cette boucle est déterminée par l'effet tunnel exercé sur les quasi-particules, bien que des effets de dissipation d'énergie dans la couche de barrière puissent également jouer un rôle important. 15 Suivant la théorie de Josephson, la densité j du supracourant déterminant IT - cl est exprimée par : 3 = (2e/h) (8 / & 0) (f) (l) où e = charge élémentaire (1,602 x 10 coulomb) = Quantum de Planck/2TT (6,624 x 10 ^ erg sec/2Tj) 20 f = Fonctign dépendant de la nature de la barrière, et 0 1 - j = jx sin 0 (2) 25 où la densité maximale du courant est exprimée par : jx = (TT/2En)[ û (T)/e3 tan h [ l/2$k (t)J, (3) où = résistance à l'effet tunnel à l'état normal de 1 cnf", Ék (t) = écart énergétique, ^ = 1/kT, et 30 tan h 1 pour 'iVTc La valeur de qui apparaît initialement de part et d'autre d'une barrière à effet tunnel est déterminée par la tension du double de l'écart énergétique de su-praconduction du métal supraconducteur et est, par conséquent, une constante de la matière ; lorsque du plomb (Pb) est présent des deux côtés de la barrière, et à une 35 température de 4>2° K, V = 2,4 mV. Outre les supracourants continus, Josephson a également prédit qu'un supracourant alternatif serait présent dans une barrière supraconductrice polarisée à une tension finie. Une différence de tension momentanée qui se produit de part et d'autre d'une barrière supraconductrice lorsqu'une source de courant extérieure est 40 connectée à celle-ci produit initialement une différence de phase indépendante du temps lorsqu'un courant continu passe dans la jonction. Cette différence de phase 24032 5 2013002 se décale dans le temps en raison de la chute de tension et continue à se décaler jusqu'à ce qu'elle prenne une valeur qui correspond à l'intensité qui serait normalement établie par la source de courant. A ce moment, la chute de tension disparaît et un courant de tension nulle traverse la barrière. Ceci se produit environ 10~^ 5 seconde. Toutefois si la source de courant porte l'intensité à une valeur supérieure à Ijq, une tension apparaît de part et d'autre de la barrière supraconductrice avec un accroissement de phase relative correspondant stable dans le temps. En raison de la relation sinusoïdale entre j et Ijq et la phase, le courant oscille constamment entre les deux supraconducteurs à une fréquence proportionnelle à la tension de la 10 jonction. Avec une différence de potentiel Y non nulle (tant de courant alternatif que de courant continu) entre les deux côtés de la barrière, des paires d'électrons situées sur des côtés différents de la barrière ont des énergies qui diffèrent de A E = 2eV (la charge d'une paire élémentaire étant 2e). Dans un tel système, il se produit des courants d'oscillation à une fréquence donnée par l'expression : 15 Y= 2eY/t (4) Dans l'équation ci-dessus, le rapport 2e/% a une valeur numérique de 483,6 MHz par microvolt. A la température de l'hélium liquide, et à une tension égale à l/2 V2 ^' (l»2 mV pour le plomb) ceci produit une fréquence de Y" = 580,3 GHz. Ce rayonnement est situé dans la région de l'infrarouge lointain et présente dans le 20 vide une longueur d'onde de \ = 5,166 x 10~'' cm. vac Pour une tension de polarisation constante, le rayonnement de courant alternatif émis à partir d'une barrière supraconductrice à effet tunnel est sensé être cohérent mais non nécessairement monochromatique. La limite de fréquence supérieure est déterminée par l'apparition d'une absorption interne due à un processus au cours 25 duquel une paire de Cooper se convertit en deux électrons normaux, l'énergie nécessaire étant fournie par l'absorption d'un photon. Le déclenchement de cette absorption se produit lorsque la tension de polarisation est telle que h Y" = 2 À (t), c'est-à-dire lorsque eV = &(t). Largement au-dessous de la température critique, Tq, la limite de fréquence supérieure pour le plomb est sensiblement égale à 650 GHz. 30 En traitant la barrière comme une ligne de bande d'impédance caractéristique Zj, l'énergie rayonnée dans un guide d'ondes terminé par son impédance caractéris-rique Zg peut être approximativement déterminée. Etant donné que la réactance effective associée aux modes de champ locaux au bord de la barrière est faible, le coefficient de transmission entre la barrière et le guide d'ondes est donné par l'ex-35 pression : 0 = 4ZqZJ / (zG + Zj) (5) Si la barrière a une longueur L^ (généralement comprise entre 10 et 150 microns) et si une énergie électromagnétique moyenne est emmagasinée dans un mode d'exitation donné, la puissance aux extrémités de la barrière v./w-'/L , où • S 40 est la vitesse de phase de l'onde dans la direction de L dans me barrière 2- . _ g de constante diélectrique S (v^ = vvac/ N £ ). Pour une barrière en oxyde de 24032 6 2013002 15 20 plomb, la constante diélectrique Ç. est égale à 26 et v^ est approximativement égal à 0,196 v . L'énergie rayonnée à partir d'une barrière peut être obtenue vac en multipliant la puissance régnant aux extrémités de la barrière par le coefficient de transmission 0 du guide d'ondes suivant l'expression : 5 Prad. " (ri ^ /V 6 Suivant l'adaptation d'impédance de Z et Zj, les valeurs expérimentales de l'éner- -12 v ® -5 gie rayonnée Pra^ varient de 10 à 10 watt. L'impédance caractéristique d'une barrière supraconductrice peut être calculée d'après la formule : 10 zj = v WcJ ' (7) où = Inductance par unité de longueur de la barrière, et Cj = Capacité par unité de longueur de la barrière. E11 raison de la configuration extrêmement mince d'une barrière (épaisseur de l'ordre de 10 1, ou 10 ^ centimètre), la capacité par unité de longueur est grande (entre 0,3 et 30 nanofarads). Avec un courant d'oscillation d'une fréquence V d'environ 600 GHz et une tension alternative de 0,1 microvolt, l'énergie disponible par seconde à partir d'une bar- 2 -10 rière est de l'ordre de C V v = 10 watts. En raison des très faibles niveaux d'énergie disponibles, il est très important que la désadaptation d'impédance entre la barrière et le guide d'ondes soit réduite au minimum pour réduire également au minimum les pertes d'énergie. Comme toutes les ondes électromagnétiques, le rayonnement de courant alternatif a une certaine profondeur de pénétration X (pour le plomb, cette profondeur de pénétration est de l'ordre de 400 1 ) dans le matériau supraconducteur. En conséquence, l'aire effective de contact entre le rayonnement de courant alternatif et le guide d'ondes est O 25 considérablement plus grande que celle du contact géométrique effectif d'environ 10 A. Théoriquement l'adaptation d'impédance entre la barrière et un guide d'ondes de couplage doit présenter un minimum de réflexion d'ondes. Dans les types de barrières classiques, le rayonnement qui se propage dans la barrière est presqu'entièrement réfléchi lorsqu'il atteint les extrémités de la barrière et un très faible rayonne-30 ment (environ 10~^) est émis vers l'extérieur du guide d'ondes. Une barrière du type sandwich produite conformément à l'invention convient bien pour résoudre ce problème. Etant donné que l'adaptation d'impédance est extrêmement intéressante, plusieurs considérations fondamentales relatives à l'adaptation d'impédance seront mentionnées ici. L'impédance d'onde Zç d'un guide d'ondes en forme de bande sans disper-35 sion aux extrémités tel que représenté sur la Fig. 2 est donnée par l'équation : ZG = o> 1/2 d'/Lg ■ te) où = Perméabilité de l'espace libre (4T> x 10~9 yolt seconde/ampère centimètre), 10 Ç. = constante diélectrique dans le vide (1/3.6TÏ ) x 10~ F/centimètre), et où d' et Lg sont les dimensions du guide d'ondes. 40 .En utilisant la valeur ci-dessus de la perméabilité de l'espace libre et celle de la constante diélectrique dans le vide, l'impédance du guide d'ondes est : 24032 7 2013002 Z„ - 12017 (â'/L ) L ohms 1 (9) Pour un guide d'ondes dont la matière diélectrique présente une constante diélectrique £ , l'impédance du guide d'ondes est obtenue d'après la formule : Z £ = Zj è 1/2 (10) 5 Lorsque deux guides d'ondes offrant à la propagation des ondes de résistance respectives et R2 doivent être couplés pour transmettre un rayonnement exempt de réflexion, l'impédance de la liaison de connexion, c'est-à-dire de l'interface, est donnée par l'expression : = (i^ x R2 ) 1//2 (il) 10 La liaison de connexion peut avoir la même constante diélectrique que les guides ou une constante diélectrique différente. Dans les deux cas, pour une longueur d'onde de rayonnement donnée, la liaison de connexion a une longueur optimale 2. donnée par l'expression î £ = V4^e , 15 d'où At= \ac/£ 3/2 (32) Pour assurer l'obtention de la condition de conduction exempte de réflexion entre une source de rayonnement et le guide d'ondes, le rayonnement doit être transmis sans coude ni tortillement et généralement sans structures de bande de forme non homogène. Sur la Fig. 3 est représenté un diagramme de rayonnement quelque peu idéalisé entre une source située à gauche de la Figure et un guide d'ondes situé à sa droite. La section de gauche représente la couche isolante d'une barrière de Josephson et la section de droite un isolant tel qu'une réserve photographique. Les lignes verticales représentent des lignes de champ électrique et les 25 lignes horizontales des ligne^de champ magnétique. L'impédance de la liaison de connexion, c'est-à-dire de la section centrale entre 1'oxyde-barrière et le guide d'onde isolant est donnée par l'expression : z = ( A L^yÀc)1/2 = (120TI/W ) (4 F m)l/2 (13) O 30 où m = nombre de bandes, à F = aire d'une bande (composée de m carrés), h. L^h = ( yU'o/Wg) Af (inductance d'une bande élémentaire), C = ( £ /m)W (capacité d'une bande élémentaire) t 35 W = largeur de la "barrière perpendiculairement à la surface représentée. ë Pour une liaison de connexion de constante diélectrique £ f l'impédance est donnée par l'expression : Z = z/ £. 1/2 Malheureusement, la situation idéale représentée sur la Fig. 3 est difficile à obtenir. Les images des Fig. 4a et 4b représentent les configurations de couplage 40 usuelles entre une source de rayonnement et un guide d'ondes. L'impédance est forte dans les angles et faible dans ,les canaux étroits. Le couplage représenté sur la Fig. 4a est particulièrement défavorable. Pour améliorer l'adaptation d'impédance 24032 8 2013002 de cette configuration, la capacité élevée de la section d'étranglement doit être réduite, de manière à diminuer les réflexion d'ondes dans la connexion des guides d'ondes. L'un des moyens de réduire les réflexions d'ondes est de décaler la discontinuité entre la source et le guide d'ondes d'une distance Al comme repré-5 senté sur la i?"ig. 4b. Ceci réduit la capacité de la section d'étranglement en augmentant ainsi l'impédance. Toute différence de constante diélectrique entre deux matériaux de guide d'ondes (par exemple un oxyde métallique et une réserve photographique) complique encore l'adaptation d'impédance. Dans l'exemple considéré, le substrat de source 10 est en oxyde de plomb d'une constante diélectrique d'environ 26 et le guide d'ondes est une matière de réserve photographique d'une constante diélectrique d'environ 3. Toutefois, pour de très minces couches d'oxyde (de l'ordre de 15 A), la constante diélectrique de l'oxyde de plomb est de moins de 26 en raison de sa composition non uniforme. Ceci améliore considérablement les possibilités d'adaptation d'impédance 15 entre l'oxyde de plomb et la matière de réserve photographique. Suivant l'invention, la différence d'épaisseur entre la barrière d'oxyde (de l'ordre de 15 A) et une pellicule de réserve photographique adjacente (généralement de l'ordre de 5000 A) condition représentée sur la Fig. 4, est en partie compensée par le fait que l'onde qui se propage a une certaine profondeur de pénétration (pour le plomb de l'ordre de 0. 20 400 A) dans chacun des supraconducteurs formant la barrière de Josephson et par le fait que la pellicule de réserve photographique peut être réalisée avec une épaisseur de l'ordre de 1000 à 2000 angstroms, de sorte qu'on se rapproche de la situation de la Fig. 3. Il existe actuellement quatre configurations de barrière de Josephson recon-25 nues : le premier type est la barrière à effet tunnel ; il est constitué par une structure en sandwich de deux métaux supraconducteurs séparés par une très mince couche diélectrique ou plus généralement non supraconductrice que des paires d'électrons peuvent traverser par effet tunnel. Cette limite de couplage faible de l'effet Josephson est la mieux comprise jusqu'à présent. Les second et troisième types de 30 barrière de Josephson sont le pont supraconducteur et le contact ponctuel. Le pont supraconducteur est constitué par un supraconducteur en pellicule mince subdivisé en deux parties par un étranglement très court et très étroit à travers lequel des paires d'électrons sont transportés par des processus de conduction. Le contact ponctuel est formé de deux supraconducteurs massifs séparés par une mince pellicule d'oxyde 35 soumise à une pression ajustable. Cette pression premet de faire varier les caractéristiques du système entre celles des barrières à effet tunnel et celles des ponts supraconducteurs. Le quatrième type de barrière de Josephson est un supraconducteur granulaire dont on a prédit qu'il présenterait un rayonnement de courant alternatif particulièrement intense. Dans toutes ces variantes, le rayonnement de courant al-40 ternatif peut se propager dans un milieu diélectrique tel qu'une pellicule de réserve photographique adaptée sur mesures. « % 69 5 10 15 20 25 30 35 40 24032 9 2013002 La description de l'invention donnée ici, vise, mais sans limitation, une configuration en sandwich formée de deux métaux supraconducteurs séparés par une très mince couche diélectrique ou non supraconductrice. Les barrières du type sandwich décrites dans la technique antérieure étaient fabriquées par dépôt d'un supraconducteur 10 comme représenté sur les Fig. 5a et 5b, sous la forme d'une bande, sur un substrat diélectrique (non représenté). La surface du supraconducteur déposé 10 est oxydée par exposition de la source de métal à l'ambiance d'un local ou à une atmosphère d'oxygène régulée en humidité et en pression. Cette oxydation est un processus de diffusion qui, à la température ambiante, progresse lentement jusqu'à une profondeur de quelques couches élémentaires en une période d'environ 30 mn. La concentration en oxyde décroît rapidement à mesure qu'on s'éloigne de la surface, mais la faible profondeur de diffusion ne permet guère d'appliquer l'équation de fonction d'erreur complémentaire établie pour des diffusions plus profondes avec une concentration en impuretés superficielles constante. Plusieurs molécules d'oxygène peuvent également pénétrer dans le réseau et y demeurer à des emplacements de substitution ou interstitiels. Un grand nombre de molécules d'oxygène (o„) res- lf5 2 tent adsorbées sur la surface ( Qs 10 /cm ) prêtes à poursuivre leur diffusion dans la seconde couche de plomb 14- évaporée après le processus d'oxydation ou à réagir avec cette seconde couche. La seule condition nécessaire pour que la diffusion d'oxygène ou la formation d'oxyde se poursuivent est l'apport d'une énergie thermique fournie par exemple, par kTamhi..flr|tp* Par conséquent, il n'est guère surprenant que ces couches d'oxyde minces 12 tendent à se détériorer lors d'un stockage à la température ambiante pendant des périodes de temps prolongées (plusieurs jours). Les techniques et processus utilisées pour la fabrication de la barrière de Josephson représentée sur les Fig. 5a et 5b sont bien connus. La barrière 16 s'étend transversalement à la zone de recouvrement des supraconducteurs 10 et 14, ce qui se traduit par l'établissement d'une interface sur les côtés qui sont exposés à une atmosphère ambiante et, par conséquent soumie à des cariations ou à une détérioration continuelles. Facteur plus important, il est très difficile de coupler un guide d'ondes avec la barrière extrêmement mince sans créer la condition représentée sur la Fig. 4a. En raison de la désadaptation d'impédance qui en résulte entre cette interface et un dispositif de connexion quelconque, le rayonnement de courant alternatif dans la barrière 16 est difficile à mesurer ou à transmettre à un dispositif d'utilisation. Suivant l'invention, comme représenté sur les Fig. 6a et 6b, un premier supraconducteur 18 est déposé en phase vapeur sur une couche isolante 20, elle-même déposée sur un substrat isolant (non représenté) au-dessus d'un conducteur de commande 22. Le but du conducteur de commande 22 sera exposé ci-après. Une seconde couche isolante 24 est déposée sur le supraconducteur 18 et une fenêtre 26 y est pratiquée par une technique de réserve photographique impliquant l'utilisation de masques photographiques, ainsi qu'une exposition et un développement de la réserve 24032 10 2013002 photographique. La couche de barrière 28 est préparée par une technique d'oxydation par décharge luminescente. Les barrières sont en oxydes métalliques ou en un autre matériau non dérivé du métal supraconducteur. Les raisons pour lesquelles la technique de décharge luminescente est si souple et peut être mise en oeuvre par plu-5 sieurs procédés pour produire des barrières à caractéristiques stables sont nombreuses. En premier lieu, la barrière est formée dans des conditions ambiantes nettes et bien définies ; la pression du gaz pendant la décharge peut être maintenue à n'impor-te quelle valeur comprise entre 1 x 10 et 1 x 10~" min Hg 1 En second lieu, la densité du courant ionique et l'énergie des ions peuvent être régulées par la pres-10 sion du plasma, la géométrie (distance entre les électrodes et/ou le substrat) et la tension appliquée aux électrodes. Il n'existe pas de limites exclusives à ces paramètres ; le choix est seulement plus étroit lorsque des conditions supplémentaires, comme la préparation de couches isolantes de réserve photographique doivent être remplies. En troisième lieu, on peut ajuster le temps d'exposition, et en quatrième 15 lieu , d'autres paramètres tels que le taux d'évaporation du métal et l'épaisseur de la couche métallique sont réglables mais moins importants. Enfin, un second supraconducteur 30 est déposé en phase vapeur sur la couche isolante 24 à travers la fenêtre 26 et en contact avec la barrière 28. Dans l'exemple représenté sur la i'ig.ôb, la barrière 28 ne s'étend pas jusqu'aux bords du supraconducteur 18 et, par conséquent, 20 n'est pas exposée à l'atmosphère. Ceci réduit au minimum la désadaptation d'impédance entre la barrière 28 et la couche isolante 24 qui peut être utilisée comme guide d'ondes de rayonnement d'une manière qui sera décrite plus loin. La souplesse et l'importance du bombardement par une énergie élevée sont encore mieux mises en évidence si l'on considère la formation de la barrière, par 25 l'intermédiaire de grosses molécules inorganiques telles que des molécules de nitrure de plomb sur du plomb métal, molécules qui sont trop grosses pour se diffuser à travers le réseau du plomb, ou encore des molécules organiques polymérisables telles que KPR. Par application d'un champ magnétique extérieur tel que celui que crée un 30 supracourant traversant un conducteur de commande, on peut exercer un réglage considérable sur le couplage entre les deux supraconducteurs en raison de l'influence du champ magnétique sur la phase des fonctions d'onde des électrons rian^ les deux supraconducteurs. Le gradient de la phase est orienté dans la direction z du plan de la barrière et est proportionnel au champ local H (z). 35 grad. (Zf = (2 ed/àc) H(z) . (14) où d = x 1 + \ 2 + d' = épaisseur effective de la napoe de flux/ \ ^ et À ^ étant les profondeurs de pénétration du champ magnétique dans les supraconducteurs respectifs, et d' = épaisseur de la barrière. 40 Le champ local (h) est composé du champ du supracourant et d'un champ exté rieur appliqué quelconque Hg s'étendant dans le plan de la barrière et orienté sui- 69 24032 11 2013002 vaut la direction y. Pour une tension continue de polarisation ¥q et un champ magnétique appliqué He, la différence de phase est donnée par l'expression : jZf = wt - k'z (!5) 5 où w = 2eV^ il, et k'= 2ed Hg/ îic. Cette équation contieni/variation spatiale de la densité de courant (,j) déterminée par le champ magnétique appliqué ainsi que la variation temporelle déterminée par la tension régnant de part et d'autre de la barrière 28. Si en plus de 10 une tension de courant alternatif v est présente de part et d'autre de la barrière (qu'elle soit appliquée ou induite) la différence de phase est modifiée et est maintenant donnée par l'expression : ^ 0 = wt - klz + 2e f v(t») dt» (16) "h 15 Ce terme supplémentaire en 0 introduit une composante de courant continu dans la densité de courant j(t) et donne lieu à des échelons dans la courbe de la caractéristique intensité-tension. Un autre processus qui se traduit par l'apparition de régions de tension constante (échelons) dans la courbe de la caractéristique intensité-tension est le 20 transfert d'un rayonnement à hyperfréquence dans la barrière 28. En présence d'un rayonnement à hyperfréquence de même fréquence que les supracourants alternatifs, des supracourants continus (c'est-à-dire le transfert de paires de Cooper à travers la barrière) peuvent apparaître, à condition que la différence de potentiel de l'échelon soit telle que de l'énergie puisse être conservée par absorption ou émission stimu-25 lée d'un photon. En conséquence, si le rayonnement de courant alternatif d'une première barrière peut être transférée à une seconde , la fréquence de la première barrière est superposée au rayonnement de la seconde barrière,ce qui fait varier la fréquence de celle-ci. COmme le montrent les équations (4) et (16) , cette modulation de fréquence apparaît sous la forme d'une modulation de tension de part et d'autre de 30 la seconde barrière, modulation de tension qui peut être détectée et utilisée à des fins de calcul. Avec une barrière supraconductrice à effet tunnel produite suivant l'invention, un rayonnement peut être transféré entre des barrières le long d'un guide d'ondes façonné dans les couches isolantes utilisées pour fabriquer les barrières. 35 Le rayonnement entre des barrières interconnectées est transféré à une vitesse de l'ordre de l/2c (c'est-à-dire 15 cm/nanoseconde) sans les pertes l/R usuelles. En ce qui concerne les matériaux à choisir pour les réseaux suivant l'invention, on utilise de préférence du verre sodo-calcique comme substrat, mais il va de soi que d'autres substrats, par exemple des substrats souples tels qu'une pellicule 40 de "Mylar" peuvent être utilisés au lieu d'un substrat en verre. Le métal supraconducteur n'est pas limité au plomb ; d'autres supraconducteurs du type I peuvent éga 24032 12 2013002 lement être utilisés. En outre, des supraconducteurs du type II et des composés supraconducteurs sont applicables. Comme représenté sur la Fig. 7, la pellicule isolante 40 est appliquée sur la surface du conducteur en plomb 34 et du substrat 38 par une technique convenable. 5 Sous un important aspect de l'invention, la pellicule isolante 4O peut être une matière photosensible telle que celle qui est considérée comme convenablement décrite sous ses divers aspects dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n° 2.690.966, 2.732.301 et 2.861.057. La matière photosensible décrite dans ces documents antérieurs est une 10 matière de réserve photographique négative qui se polymérise lorsqu'elle est exposée à de lumière ultra-violette. Les zones non exposées de la pellicule sont ensuite éliminées par un simple processus de développement basé sur l'utilisation de fluides révélateurs appropriés. Après l'application de la matière photosensible sur le substrat 38 et le réseau des premiers supraconducteurs tels que le conducteur 34, un 15 masque photographique' est placé de façon précise sur le substrat et la pellicule de réserve photographique est exposée à de la lumière ultra-violette dans toutes ses zones, sauf dans les régions des barrières. Puis, le substrat 38 et le conducteur en plomb 34 sont immergés dans un révélateur du revêtement photosensible qui élimine toutes les parties non exposées de manière à former la fenêtre 42 dans la pellicule 20 isolante poljjnérisée 40. La configuration du guide d'ondes qui est une pellicule polymère peut être prolongée pour assurer l'interconnexion de plusieurs réseaux. Un connecteur souple est revêtu d'une pellicule de réserve photographique ou d'un autre matériau de guide d'ondes approprié et des parcours de guide d'ondes sont gravés d'une manière analo-25 gue à celle qui a été décrite ci-dessus en ce qui concerne la connexion d'un réseau. Ensuite, la pellicule d'interconnexion et les réseaux sont, soit comprimés ensemble mécaniquement (par exemple au moyen d'un dispositif de serrage), soit lié entre eux chimiquement (par exemple par un processus de liaison par thermocompression), de manière à former des contacts assurant une propagation d'ondes exempte de réflexion. 30 Ces connexions peuvent être suffisamment simples pour permettre leur remplacement facile en vue d'une réparation éventuelle des réseaux. Cette technique d'interconnexion de réseaux permet une transmission individuelle de réseau à une vitesse de l'ordre de l/2c et sans les pertes L/R usuelles. En conséquence, on obtient un fonctionnement- original et efficace des réseaux dans le cadre d'opérations logiques et 35 de mémoire. Les avantages de l'invention sont particulièrement évidents lorsque de nombreux réseaux doivent être interconnectés et lorsqu'il est nécessaire qu'une réparation facile des interconnexions soit possible. L'adhérence entre réseaux peut être facilitée , par exemple, par des molécules d'acide stéarique qui peuvent être étalées le long d'une tranche perpendiculaire à la géométrie en sandwich. Ce 40 type d'adhérence chimique est à la fois mécaniquement robuste et facile à rénarer, de sorte que le guide d'ondes peut être fixé et démonté de façon répétée . Comme 24032 13 2013002 représenté sur la Fig. 8, la couche isolante 64 peut être taillée sur mesures pour définir un guide d'ondes capable d'interconnecter la barrière à effet tunnel 68 et la barrière à effet tunnel 76. La Fig. 8 représente, sous forme d'une épure à trois dimensions, une section élémentaire d'un réseau. Pour donner un exemple type, la couche isolante 64 et les supraconducteurs 70, 72 et 74 peuvent avoir une épaisseur de l'ordre de 7000 angstr'dms. Une barrière peut se présenter sous la forme d'un rectangle de 250.000 angstroms par 750.000 angstr'dms. 69 24032 14 2013002 REVENDICATIONS 1 - Procédé pour interconnecter des barrières d'énergie reliant des supraconducteurs dans un réseau, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à former une barrière d'énergie entre chaque paire de supraconducteurs dans le réseau, et à former une 5 configuration de matériau diélectrique en contact avec les barrières afin de former des guides d'ondes pour interconnecter les-dites barrières d'énergie avec une adaptation approximative d'impédance/entre elles et le guide d'onde pour transporter du rayonnement électromagnétique, en particulier le rayonnement émis par 10 la barrière d'énergie elle-même. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les paires de supraconducteurs sont des supraconducteurs du type I. 3 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les paires de supraconducteurs sont des supraconducteurs du type 15 II. 4 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les barrières d'énergie sont des couches isolantes. 5 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les barrières d'énergie sont des couches d'oxyde minces. 20 6 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les barrières d'énergie sont des couches organiques. 7 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les barrières d'énergie sont des couches métalliques non-supracon-ductrices. 25 8 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les barrières d'énergie sont des ponts supraconducteurs. 9 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les barrières d'énergie sont des contacts de pression. 10 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 50 les barrières d'énergie sont des pellicules granulaires. 11 - Procédé pour interconnecter des barrières d'énergie supra conductrices d'un réseau, caractérisé en ce qu'il consiste à former un masque dans un matériau diélectrique pour définir une barrière d'énergie sur chaque supraconducteur d'un premier réseau de 35 supraconducteurs, à produire une barrière d'énergie à chaque supraconducteur, cette barrière étant adaptée approximativement en impédance avec le masque en des points définis par la configuration formée dans ce mesiue, et à enlever des portions de ce masque pour former des guides d'ondes de transport de rayonnement élec 69 24032 15 2013002 tromagnétique, en particulier le rayonnement émis par la barrière elle-même. 12 - Procédé pour interconnecter des barrières d'énergie supraconductrices, caractérisé en ce qu'il consiste à former des 5 barrières d'énergie qui relient des supraconducteurs d'un réseau dans un masque de matériau diélectrique qui est approximativement adapté en impédance avec lesdites barrières et qui présente la propriété de transmettre du rayonnement électromagnétique, à réaliser dans ce masque une configuration pour former des guides d'ondes 10 pour transmettre du rayonnement électromagnétique à partir des barrières individuelles,et à interconnecter sélectivement lesdits guides d'ondes afin de propager du rayonnement entre des barrières choisies. 13 - Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce 15 qu'il consiste à évaporer les supraconducteurs sur un substrat isolant au cours d'opérations séparées. 14 - Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer ledit masque sur les premiers supraconducteurs du réseau avant d'évaporer les seconds supraconducteurs. 20 15 - Procédé pour interconnecter des barrières supraconduc trices à effet tunnel d'un réseau, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer un premier réseau de supraconducteurs en plomb sur un substrat en verre, à former un masque en un matériau de réserve photographique par dessus ce premier réseau de supraconducteurs, 25 à produire une couche d'oxyde de plomb sur chaque supraconducteur du premier réseau en des points définis par ledit masque, à déposer un second réseau de supraconducteurs en plomb sur ledit masque afin de produire des dispositifs supraconducteurs réalisant un effet tunnel avec ledit premier réseau de supraconducteurs, et à en-30 lever des portions du masque afin de former des guides d'ondes de transport de rayonnement électromagnétique, en particulier de rayonnement émis par la barrière elle-même, lesdits guides d'ondes reliant des barrières choisies dudit réseau. le - Procédé pour interconnecter des barrières supraconduc--7iR trices à effet tunnel d'un réseau, caractérisé en ce qu'il consiste à évaporer un premier métal supraconducteur sur un substrat en verre, à déposer une couche de matériau de réserve photographique sur le supraconducteur et le substrat en verre, à former dans la couche de réserve photographique une configuration afin de 40 définir une barrière à effet tunnel sur le premier supraconducteur, 69 24032 16 2013002 à former une barrière en oxyde de métal sur le premier supraconducteur métallique, à évaporer un second supraconducteur métallique par dessus/ïa couche de réserve photographique et la barrière d'oxyde pour former un dispositif supraconducteur réalisant un ef-5 fet tunnel avec le premier supraconducteur métallique et à former une configuration dans le matériau de réserve photographique afin de définir un guide d'ondes de couplage de rayonnement électromagnétique. en particulier celui émis par la barrière elle-même, entre plusieurs dispositifs parmi les dispositifs supraconducteurs 1C à effet tunnel. 17 - Réseau de barrières d'énergie interconnectées reliant entre eux des supraconducteurs, caractérisé en ce qu'il est fabriqué par un procédé tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 10. 15 18 - Réseau de barrières supraconductrices interconnectées à effet tunnel, caractérisé en ce qu'il comprend un réseau de couches isolantes formé entre des supraconducteurs en des points définis par un masque en un matériau diélectrique qui est approximativement adapté en impédance avec les barrières, et des guides 20 d'ondes prévus dans le masque en enlevant des portions de celui-ci pour coupler du rayonnement électromagnétique, en particulier le rayonnement émis par la barrière elle-même, entre des barrières choisies de ce réseau. 19 - Réseau suivant la revendication 18, caractérisé en ce ?5 que les barrières isolantes sont des couches d'oxyde de plomb prévues entre des supraconducteurs en plomb. 20 - Réseau suivant la revendication 19* caractérisé en ce que le masque est en un matériau de réserve photographique. 21 - Réseau de barrières supraconductrices interconnectées à 30 effet tunnel, caractérisé en ce qu'il comprend un premier réseau de supraconducteurs en plomb évaporé par dessus un substrat en verre, un masque en un matériau de réserve photographique déposé sur le premier réseau de supraconducteurs et comportant une configuration qui définit des barrières à chacun de ces conducteurs, 35 une barrière en oxyde de plomb formée sur chaque supraconducteur du premier réseau en des points définis par le masque, un deuxième réseau de supraconducteurs en plomb évaporé par dessus ledit masque afin de produire des dispositifs supraconducteurs réalisant un effet tunnel avec le premier réseau de supraconducteurs, et des 40 guides d'ondes pour coupler du rayonnement électromagnétique, en 24032 17 2013002 particulier le rayonnement émis par la barrière elle-même, entre des barrières choisies du réseau en enlevant des portions du masque. 22 - Réseau suivant la revendication 21, caractérisé en ce 5 qu'il comprend un conducteur de commande pour chaque barrière du réseau afin d'engendrer des champs magnétiques de commande dans les barrières. 23 - Réseau suivant la revendication 22, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour interconnecter des guides d'ondes 10 d'un premier réseau avec des guides d'ondes d'un second réseau.