(57)【要約】制御可能な周囲温度を有する極低温チャンバに収容された超伝導回路の超伝導コンポーネントの臨界温度を測定するためのシステムが説明される。超伝導回路は、直列に接続された複数の超伝導体−抵抗器対を有することができる。複数の超伝導体−抵抗器対の各々は、超伝導コンポーネントと、超伝導コンポーネントに並列に結合された抵抗器とを含むことができる。システムは、超伝導回路の抵抗を測定する抵抗計を含むこともできる。システムは、周囲温度を徐々にスイープするように極低温チャンバに命令するコントローラをさらに含む。コントローラは、超伝導回路の入力ノードおよび出力ノードにわたる測定された抵抗の変化を検出することに応答して、複数の超伝導体−抵抗器対のうちの対応する１つの所与の超伝導コンポーネントの臨界温度として瞬時周囲温度を記録することもできる。
2021535603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導コンポーネントの臨界温度を測定するためのシステムであって、
制御可能な周囲温度を有する極低温チャンバに収容された超伝導回路であって、前記超伝導回路は、直列に接続された複数の超伝導体−抵抗器対を有し、前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々は、
超伝導コンポーネントと、
前記超伝導コンポーネントに並列に結合された抵抗器と
を含む、前記超伝導回路と、
前記超伝導回路の抵抗を測定する抵抗計と、
前記周囲温度を徐々にスイープするように前記極低温チャンバに命令し、かつ
前記超伝導回路の入力ノードおよび出力ノードにわたる測定された抵抗の変化を検出することに応答して、前記複数の超伝導体−抵抗器対のうちの対応する１つの所与の超伝導コンポーネントの臨界温度として瞬時周囲温度を記録する
コントローラと
を備える、システム。
【請求項２】
さらに、前記徐々にスイープすることは、前記周囲温度を徐々に低下させることである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
さらに、前記徐々にスイープすることは、前記周囲温度を徐々に上昇させることである、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々の各抵抗器は、固有の抵抗を有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
各超伝導体−抵抗器対の抵抗器は、約１０オームから約１キロオームの範囲内の抵抗を有している、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々の各超伝導コンポーネントは、同じ材料から形成されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の超伝導体−抵抗器対の少なくとも２つの超伝導コンポーネントは、異なる超伝導材料から形成されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数の超伝導体−抵抗器対は、少なくとも３つの超伝導体−抵抗器対を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項９】
前記超伝導回路は、集積回路（ＩＣ）チップのダイ内に集積されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項１０】
前記超伝導回路の前記入力ノードおよび前記出力ノードは、前記ＩＣチップのそれぞれの導電性パッドに結合されている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
超伝導コンポーネントの臨界温度を測定するためのシステムであって、
超伝導回路を形成する層スタックを有する集積回路（ＩＣ）チップであって、前記超伝導回路は、直列に接続された複数の超伝導体−抵抗器対を有し、前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々は、
超伝導コンポーネントと、
前記超伝導コンポーネントに並列に結合された抵抗器と
を含む、前記集積回路（ＩＣ）チップと、
前記超伝導回路の抵抗を測定する抵抗計と、
周囲温度を徐々にスイープするように極低温チャンバに命令し、かつ
前記超伝導回路にわたる測定された抵抗の変化を検出することに応答して、前記複数の超伝導体−抵抗器対のうちの対応する１つの所与の超伝導コンポーネントの臨界温度として瞬時周囲温度を記録する
コントローラと
を備える、システム。
【請求項１２】
前記層スタックは、
前記超伝導体−抵抗器対の各々の各抵抗器を形成する抵抗層と、
前記超伝導体−抵抗器対の第１の超伝導コンポーネントを形成する第１の超伝導層と、
前記超伝導体−抵抗器対の第２の超伝導コンポーネントを形成する第２の超伝導層と
を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層は、同じ材料で形成されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層は、異なる材料で形成されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層は、異なる臨界温度を有している、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記超伝導回路の入力ノードおよび出力ノードは、前記ＩＣチップのそれぞれの導電性パッドに結合されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
超伝導コンポーネントの臨界温度を測定するための方法であって、
制御可能な周囲温度を有する極低温チャンバに収容された超伝導回路の抵抗を測定すること
を含み、前記超伝導回路は、直列に接続された複数の超伝導体−抵抗器対を有し、前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々は、
超伝導コンポーネントと、
前記超伝導コンポーネントに並列に結合された抵抗器と
を含み、前記方法は、さらに、
前記極低温チャンバに前記周囲温度を徐々にスイープさせること、
前記超伝導回路にわたる測定された抵抗の変化を検出することに応答して、前記複数の超伝導体−抵抗器対のうちの対応する１つの所与の超伝導コンポーネントの臨界温度として瞬時周囲温度を記録すること
を含む、方法。
【請求項１８】
前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々の各超伝導コンポーネントは、同じ材料から形成されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記超伝導回路は、集積回路（ＩＣ）チップのダイ内に集積されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々の各超伝導コンポーネントは、異なる臨界温度を有している、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、超伝導体に関する。より具体的には、本開示は、超伝導体の臨界温度の測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導とは、特性臨界温度未満に冷却された場合に、超伝導体と呼ばれる特定の材料に生じる、ゼロ（０）オームの直流（ＤＣ）の電気抵抗および磁束場の放出の現象である。本開示全体を通して、電気抵抗（０オームの電気抵抗を含む）への言及は、ＤＣ抵抗を指す。超伝導は、超伝導体が超伝導状態に移行する間に、超伝導体の内部から磁力線を完全に追い出すマイスナー効果を特徴とする量子力学的現象である。マイスナー効果の発生は、超伝導が古典物理学における完全導体の理想化として単純に理解できないことを示している。
【０００３】
金属導体の電気抵抗は、温度が下がるにつれて徐々に減少する。銅または銀などの通常の（非超伝導）導体では、この減少は不純物および他の欠陥によって制限される。絶対零度（０）に近い（０ケルビンに近い）場合でも、通常の導体の実際のサンプルにはある程度の抵抗がある。超伝導体では、材料が材料の臨界温度未満に冷却されると、抵抗は急激にゼロ（０）オームに降下する。超伝導ワイヤのループを流れる電流は、電源がなくても永久に持続することができる。
【発明の概要】
【０００４】
一例は、超伝導コンポーネントの臨界温度を測定するためのシステムに関する。システムは、制御可能な周囲温度を有する極低温チャンバに収容された超伝導回路を含むことができる。超伝導回路は、直列に接続された複数の超伝導体−抵抗器対を有することができる。複数の超伝導体−抵抗器対の各々は、超伝導コンポーネントと、超伝導コンポーネントに並列に結合された抵抗器とを含むことができる。システムは、超伝導回路の抵抗を測定する抵抗計を含むこともできる。システムは、周囲温度を徐々にスイープするように極低温チャンバに命令するコントローラをさらに含む。コントローラは、超伝導回路の入力ノードおよび出力ノードにわたる測定された抵抗の変化を検出することに応答して、複数の超伝導体−抵抗器対のうちの対応する１つの所与の超伝導コンポーネントの臨界温度として瞬時周囲温度を記録することもできる。
【０００５】
別の例は、超伝導コンポーネントの臨界温度を測定するためのシステムに関する。システムは、超伝導回路を形成する層スタックを有する集積回路（ＩＣ）チップを含むことができる。超伝導回路は、直列に接続された複数の超伝導体−抵抗器対を有することができる。複数の超伝導体−抵抗器対の各々は、超伝導コンポーネントと、超伝導コンポーネントに並列に結合された抵抗器とを含む。システムは、超伝導回路の抵抗を測定する抵抗計も含む。システムは、周囲温度を徐々にスイープするように極低温チャンバに命令するコントローラをさらに含むことができる。コントローラは、超伝導回路にわたる測定された抵抗の変化を検出することに応答して、複数の超伝導体−抵抗器対のうちの対応する１つの所与の超伝導コンポーネントの臨界温度として瞬時周囲温度を記録することもできる。
【０００６】
さらに別の例は、超伝導コンポーネントの臨界温度を測定するための方法に関する。方法は、制御可能な周囲温度を有する極低温チャンバに収容された超伝導回路の抵抗を測定することを含むことができる。超伝導回路は、直列に接続された複数の超伝導体−抵抗器対を含む。複数の超伝導体−抵抗器対の各々は、超伝導コンポーネントと、超伝導コンポーネントに並列に結合された抵抗器とを含むことができる。方法は、極低温チャンバに周囲温度を徐々にスイープさせることをさらに含むことができる。方法は、超伝導回路にわたる測定された抵抗の変化を検出することに応答して、複数の超伝導体−抵抗器対のうちの対応する１つの所与の超伝導コンポーネントの臨界温度として瞬時周囲温度を記録することをさらに含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】複数の超伝導コンポーネントの臨界温度を判定するためのシステムの例である。
【図２】超伝導回路の温度の関数として抵抗をプロットするグラフである。
【図３】集積回路（ＩＣ）チップの超伝導回路の層スタックの上面図である。
【図４】図３の層スタックの側面図である。
【図５】複数の超伝導コンポーネントの臨界温度を判定するための例示的な方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
超伝導コンポーネントの臨界温度を測定するためのシステムおよび方法が開示される。特に、超伝導コンポーネントは、超伝導回路の構成コンポーネントとすることができる。超伝導回路は、直列に接続された複数の超伝導体−抵抗器対を有することができる。複数の超伝導体−抵抗器対の各々は、超伝導コンポーネントと、超伝導コンポーネントに並列に結合された抵抗器とを含む。いくつかの例では、超伝導回路は、集積回路（ＩＣ）チップに形成することができる。さらに、超伝導回路は、温度制御された極低温チャンバに収容することができる。
【０００９】
抵抗計は、超伝導回路に結合することができ、抵抗計は、超伝導回路の抵抗を測定することができる。抵抗計は、超伝導回路のリアルタイムで測定された抵抗を特徴付ける信号（例えば、アナログ信号またはデジタル信号）をコントローラに提供することができる。
【００１０】
超伝導体−抵抗器対は、特定の超伝導体−抵抗器対の特定の超伝導コンポーネントが臨界温度を上回って動作するときに、特定の超伝導体−抵抗器対を流れる電流のほぼすべてが特定の超伝導体−抵抗器対の対応する抵抗器を流れるように構成されている。逆に、超伝導回路の周囲温度が特定の超伝導コンポーネントの臨界温度以下である場合、特定の超伝導コンポーネントは超伝導状態で動作し、その結果、特定の超伝導体−抵抗器対の抵抗は、ほぼゼロ（０）オームに等しくなる。加えて、超伝導回路は、超伝導体−抵抗器対の各々の抵抗器がそれぞれ固有の抵抗を有するように構成され得る。すなわち、異なる超伝導体−抵抗器対の２つの抵抗器は、異なる抵抗を有している。
【００１１】
一例では、最初に、コントローラは、超伝導回路の超伝導コンポーネントの各々の臨界温度よりも高いレベルに周囲温度を設定するように極低温チャンバに命令するようにプログラムされていてよい。この状況では、抵抗計は、各超伝導体−抵抗器対の各抵抗器の抵抗の合計にほぼ等しい抵抗を提供する。別の例では、最初に、コントローラは、超伝導回路の超伝導コンポーネントの各々の臨界温度よりも低いレベルに周囲温度を設定するように極低温チャンバに命令するようにプログラムされていてよい。この状況では、抵抗計は、ゼロ（０）オーム、またはほぼゼロ（０）オームの抵抗を測定する。さらに、どちらの状況でも、コントローラは、周囲温度を徐々にスイープするように極低温チャンバに命令するようにプログラムされていてよい。本明細書で使用される場合、「徐々にスイープする」（およびその派生形）という用語は、周囲温度が徐々に増加または低減されることを示す。
【００１２】
周囲温度が低下する状況では、超伝導コンポーネントの各々は、非超伝導状態から超伝導状態に遷移する。コントローラは、超伝導コンポーネントのうちの１つが超伝導状態に遷移するたびに抵抗の低下を検出できる。したがって、所与の超伝導体−抵抗器対の所与の超伝導コンポーネントについて、所与の超伝導コンポーネントが超伝導状態に遷移すると、超伝導回路の抵抗は、所与の超伝導体−抵抗器対の所与の抵抗器の抵抗とほぼ同じ分だけ降下する。周囲温度が上昇する状況では、コントローラは、超伝導コンポーネントのうちの１つが超伝導状態から非超伝導状態に遷移するたびに抵抗の上昇を検出できる。したがって、所与の超伝導体−抵抗器対の所与の超伝導コンポーネントについて、所与の超伝導コンポーネントが非超伝導状態に遷移すると、超伝導回路の抵抗は、所与の超伝導体−抵抗器対の所与の抵抗器の抵抗とほぼ同じ分だけ上昇する。したがって、抵抗の変化（降下または上昇）を測定することにより、コントローラは、所与の超伝導コンポーネントの臨界温度を記録することができる。このようにして、スイープ中に周囲温度が変化し続けると、コントローラは、単一の温度スイープで超伝導回路の各超伝導コンポーネントの臨界温度を判定および記録することができる。
【００１３】
図１は、超伝導回路５４の複数の超伝導コンポーネント５２の臨界温度を判定するためのシステム５０の例を示している。本明細書で使用される場合、「超伝導回路」という用語は、（少なくとも１つの）超伝導コンポーネントを含む電気回路を指す。示されている例では、ＳＣ１…ＳＣＮとラベル付けされたＮ個の超伝導コンポーネント５２があり、ここで、Ｎは２以上の整数である。各超伝導コンポーネント５２は、対応する抵抗器５６に並列に接続されることができ（それによって分路される）、その結果、システム５０は、Ｒ１…ＲＮとラベル付けされたＮ個の抵抗器５６を含む。すなわち、超伝導コンポーネント５２および抵抗器５６のＮ個の対があり、各対は、超伝導体−抵抗器対６０と呼ぶことができる。
【００１４】
各超伝導コンポーネント５２は、例えば、集積回路（ＩＣ）チップ上の超伝導材料の配線（ｔｒａｃｅ）として実装され得る。いくつかの例では、Ｎ個の超伝導コンポーネント５２は、同じ材料から形成され得る。他の例では、Ｎ個の超伝導コンポーネント５２は、異なる材料で実装されてもよい。
【００１５】
各超伝導体−抵抗器対６０について、対応する超伝導コンポーネント５２および対応する抵抗器５６を、入力ノード６１および出力ノード６２に結合することができる。さらに、Ｎ個の超伝導体−抵抗器対６０の各々を、直列に接続することができる（カスケード方式）。したがって、２番目（２）から、最後から２番目（Ｎ−１）までの超伝導体−抵抗器対６０の各々について、所与の超伝導体−抵抗器対６０の出力ノード６２は、次の超伝導体−抵抗器対６０の入力ノード６１となっている。さらに、１番目（１）の超伝導体−抵抗器対６０の入力ノード６１は、超伝導回路５４の入力ノード７０であってよい。さらに、超伝導回路５４の入力ノード７０を、抵抗計７６の所与の端子に接続することができる。さらに、Ｎ番目の（最終的な）超伝導体−抵抗器対６０の出力ノード６２は、超伝導回路５４の出力ノード７４であってよく、超伝導回路５４の出力ノード７４は、抵抗計７６の別の端子に結合され得る。
【００１６】
一例として、抵抗計７６は、超伝導回路５４の入力ノード７０と出力ノード７４との間に制御された電流を印加することができ、これは超伝導回路５４を通って流れる。抵抗計７６は、超伝導回路５４の入力ノード７０と出力ノード７４との間のリアルタイム電圧を測定して、超伝導回路５４の抵抗を判定することができる。
【００１７】
各抵抗器５６の抵抗は、対応する超伝導コンポーネント５２が臨界温度を上回って動作しているとき（非超伝導）、対応する超伝導コンポーネント５２の抵抗よりもはるかに小さい（例えば、約２分の１から約３桁小さい）。加えて、Ｎ個の抵抗器５６の各々は、約１０オームから約１キロオームの範囲であり得る、異なる既知の所定の抵抗を有している。各抵抗器５６に対して選択される特定の抵抗は、例えば、臨界温度を上回って動作する（非超伝導）対応する超伝導コンポーネント５２の抵抗に基づくことができる。加えて、各抵抗器５６は、Ｎ個の抵抗器５６の中で一意の既知の抵抗を有している。
【００１８】
Ｎ個の超伝導体−抵抗器対６０は、極低温チャンバ７８に収容することができる。極低温チャンバ７８は、領域の制御可能な周囲温度を約１０ケルビン以下のレベルに設定することができるシステムとして実装することができる。加えて、いくつかの例では、抵抗計７６は、極低温チャンバ７８の外部にあってよい。
【００１９】
コントローラ８０を、抵抗計７６および極低温チャンバ７８に結合することができる。コントローラ８０は、機械実行可能命令が埋め込まれたマイクロコントローラを表すことができる。代替的に、コントローラ８０は、非一時的な機械可読媒体（例えば、揮発性または不揮発性ランダムアクセスメモリ）に格納された機械可読命令を実行することができる汎用コンピュータとして実装することができる。
【００２０】
コントローラ８０は、周囲温度を設定するように極低温チャンバ７８に命令することができ、その結果、極低温チャンバ７８の温度が時間の関数として変化する。加えて、コントローラ８０は、時間および本明細書に記載されるような超伝導回路５４を収容する極低温チャンバ７８の温度の関数として変化する、超伝導回路５４にわたる（Ｎ個の超伝導体−抵抗器対６０にわたる）測定された抵抗を特徴付ける信号（アナログまたはデジタル信号）を受信することができる。
【００２１】
コントローラ８０は、いくつかの動作モードのうちの１つで動作することができる。一例では、初期の動作モードの間に、コントローラ８０は、Ｎ個の超伝導体−抵抗器対６０の周囲温度を、Ｎ個の超伝導コンポーネント５２の各々が超電導状態ではない既知の温度に設定するように極低温チャンバ７８に命令する。別の例では、初期の動作モードの間に、コントローラ８０は、Ｎ個の超伝導体−抵抗器対６０の周囲温度を、Ｎ個の超伝導コンポーネント５２の各々が超伝導状態である既知の温度に設定するように極低温チャンバ７８に命令する。
【００２２】
初期の動作モードでは、抵抗計７６は、Ｎ個の超伝導体−抵抗器対６０にわたる測定された抵抗を特徴付ける信号をコントローラ８０に提供することができる。周囲温度がＮ個の超伝導体５２の各々の臨界温度より高く設定される初期の動作モードでは、Ｎ個の超伝導体−抵抗器対６０の抵抗Ｒは、式１によって特徴付けることができる。
【００２３】
式１：
【００２４】
【数１】
2021535603.tif 000003
ここで、Ｒｉは、Ｎ個の抵抗Ｒ１…ＲＮのうちの対応する１つの抵抗である。
前述のように、Ｎ個の超伝導コンポーネント５２（ＳＣ１…ＳＣＮ）が臨界温度を上回って動作する場合、抵抗器５６（Ｒ１…ＲＮ）の抵抗は、超伝導コンポーネント５２の抵抗よりもはるかに小さい（例えば、約２分の１から３桁小さい）。したがって、式１に示されるように、周囲温度がＮ個の超伝導体５２の各々の臨界温度よりも高く設定される初期モードでは、抵抗計７６からの電流のほぼすべてが、Ｎ個の抵抗器５６を通過する。逆に、周囲温度がＮ個の超伝導体５２の各々の臨界温度よりも低く設定される初期モードでは、Ｎ個の超伝導体−抵抗器対６０の抵抗Ｒは、ゼロ（０）オームまたはゼロ（０）オームに近い。
【００２５】
加えて、コントローラ８０は、臨界温度発見の動作モードに切り替えることができる。臨界温度発見モードでは、コントローラ８０は、極低温チャンバ７８の周囲温度を徐々にスイープすることによって、Ｎ個の超伝導コンポーネント５２の各々の臨界温度を判定しようと試みる。例えば、臨界温度発見の動作モードの一例では、コントローラ８０は、Ｎ個の超伝導体−抵抗器対６０の周囲温度を徐々に下げるように極低温チャンバ７８に命令することができる。所与の超伝導体−抵抗器対６０の所与の超伝導コンポーネント５２について、臨界温度と交差すると、所与の超伝導コンポーネント５２は、超伝導状態に遷移し、超伝導回路５４の抵抗は、所与の超伝導体−抵抗器対６０の所与の抵抗器５６の抵抗の量だけ降下する。すなわち、所与の超伝導体−抵抗器対６０の周囲温度が、所与の超伝導コンポーネント５２の臨界温度を下回ると、所与の超伝導コンポーネント５２の抵抗はゼロ（０）オームに降下し、その結果、所与の超伝導体−抵抗器対６０の抵抗もゼロ（０）オームに降下する。したがって、所与の超伝導抵抗器対６０を流れるほぼすべての電流は、超伝導コンポーネント５２を通って流れ、Ｎ個の超伝導体−抵抗器対６０の全体的な抵抗は、所与の抵抗器５６の抵抗分だけ降下する。
【００２６】
加えて、臨界温度発見の動作モードの別の例では、コントローラ８０は、Ｎ個の超伝導体−抵抗器対６０の周囲温度を徐々に上昇させるように極低温チャンバ７８に命令することができる。そのような状況（周囲温度の徐々の上昇）では、所与の超伝導体−抵抗器対６０の所与の超伝導コンポーネント５２について、臨界温度と交差すると、所与の超伝導コンポーネント５２は、非超伝導状態に遷移し、超伝導回路５４の抵抗は、所与の超伝導体−抵抗器対６０の所与の抵抗器５６の抵抗の量だけ上昇する。すなわち、所与の超伝導体−抵抗器対６０の周囲温度が、所与の超伝導コンポーネント５２の臨界温度を超えて上昇すると、所与の超伝導コンポーネント５２の抵抗は上昇し、その結果、所与の超伝導体−抵抗器対６０の抵抗も所与の抵抗器５６の抵抗の分だけ上昇する。したがって、所与の超伝導体−抵抗器対６０を流れるほぼすべての電流は、所与の抵抗器５６を通って流れ、Ｎ個の超伝導体−抵抗器対６０の全体的な抵抗は、所与の抵抗器５６の抵抗とほぼ同じ分だけ上昇する。
【００２７】
そのような状況のいずれかにおいて、検出された抵抗変化（例えば、既知の抵抗の分だけの降下または上昇）に基づいて、コントローラ８０は、データ構造（例えば、データベースまたはテーブル）にアクセスして、抵抗変化に対応する超伝導コンポーネント５２を識別することができる。このようにして、コントローラ８０は、抵抗変化を識別し、瞬時（現在の）周囲温度を、所与の超伝導体−抵抗器対６０の所与の超伝導コンポーネント５２の臨界温度として記録することができる。加えて、臨界温度発見モードを継続すると、コントローラ８０は、Ｎ個の超伝導コンポーネント５２の各々の臨界温度が到達されて記録されるまで、周囲温度をスイープし続けるように極低温チャンバ７８に命令することができる。
【００２８】
図２は、３つの（３）超伝導体−抵抗器対６０を備えた超伝導回路５４の例について、温度の関数として抵抗をプロットするグラフ１００を示す。この例を続けると、抵抗器Ｒ１は１００オームの抵抗を有し、抵抗器Ｒ２は１５０オームの抵抗を有し、抵抗器Ｒ３は２００オームの抵抗を有するものと仮定される。９．５０Ｋの温度でのグラフ１００のポイント１０２によって示されるように、抵抗は、１００オームだけ急激に降下している。したがって、第１の超伝導体であるＳＣ１は、９．５０Ｋの臨界温度を有している。加えて、９．４２Ｋの温度のポイント１０４によって示されるように、抵抗は、２００オームだけ急激に降下している。したがって、第３の超伝導体ＳＣ３は、９．４２Ｋの臨界温度を有している。さらに、ポイント１０６によって示されるように、９．３０Ｋの温度で、抵抗は、ほぼ１５０オームだけ急激に降下している。したがって、第２の超伝導体ＳＣ２は、９．３０Ｋの臨界温度を有している。
【００２９】
図１に戻ると、コントローラ８０は、Ｎ個の超伝導コンポーネント５２の各々の臨界温度を記録することができる。加えて、Ｎ個の超伝導体−抵抗器対６０を（カスケードとして）直列に配置することにより、単一の温度スイープを使用して、Ｎ個の超伝導コンポーネント５２の各々の臨界温度を識別することができる。すなわち、システム５０は、各超伝導コンポーネント５２の臨界温度を個別に測定する必要性を回避する。したがって、システム５０を採用することにより、各超伝導コンポーネント５２の臨界温度を容易に判定することができる。したがって、超伝導コンポーネント５２の各々が同じ材料で形成されているが、異なる処理技術が用いられている例では、異なる処理技術が臨界温度に及ぼす影響を定量化することができる。処理技術が臨界温度に与える影響を定量化することにより、同じ技術を採用した超伝導回路（ＩＣチップを含む）の臨界温度を予測することができる。代替的に、超伝導コンポーネント５２のいくつか（またはすべて）が異なる材料で形成されている状況では、そのような異なる材料の各々の臨界温度を判定することができる。
【００３０】
図３は、集積回路（ＩＣ）チップに実装された超伝導回路のダイに使用できる層スタック２００の上面図を示している。すなわち、層スタック２００は、ＩＣチップまたはそのいくつかのコンポーネントを表すことができる。図４は、図３の層スタック２００の側面図である。説明を簡略化するために、同じ構造を示すために同じ参照番号が図３および図４で使用されている。図３および図４に示される層スタック２００は、図１に示される超伝導回路５４を実装するために使用され得る。
【００３１】
層スタック２００は３つの（３）層を含むが、他の例では、より多くの層を使用することができる。図示の例では、抵抗層２０２が第１の超伝導層２０４に重なっており、それが次いで第２の超伝導層２０６に重なっている。第１の超伝導層２０４および第２の超伝導層２０６は、同じまたは異なる超伝導材料から形成することができる。層スタック２００の層は、ビア２０８を介して接続することができる。ビア２０８は、電流が層スタック２００の層間を通過することを可能にする。層スタック２００は、超伝導ＩＣ製造技術で形成することができる。第１の超伝導層２０４および第２の超伝導層２０６を使用して、例えば、図１のＮ個の超伝導コンポーネント５２を実装することができる。加えて、抵抗層２０２を使用して、図１のＮ個の抵抗器５６を実装することができる。
【００３２】
第１の超伝導層２０４の配線２１４を使用して、図１の第１の超伝導コンポーネント５２を実装することができる。したがって、第１の抵抗器２１６（抵抗層２０２に形成される）は、第１の超伝導層２０４の配線２１４を分路（ｓｈｕｎｔ）することができる。加えて、第２の超伝導層２０６の第１の配線２１７を使用して、図１の第２の超伝導コンポーネント５２を実装することができる。したがって、第２の抵抗器２１８は、第２の超伝導層２０６の第１の配線２１７を分路する。加えて、第２の超伝導層２０６の第２の配線２２０は、第１の抵抗器２１６、第２の抵抗器２１８、第１の超伝導層２０４の配線２１４、および第２の超伝導層２０６の第１の配線２１７に結合されている。したがって、この構成では、第１の超伝導層２０４の配線２１４および第１の抵抗器２１６は、第１の超伝導体−抵抗器対２３０を形成する。同様に、この構成では、第２の超伝導層２０６の第１の配線２１７および第２の抵抗器２１８は、第２の超伝導体−抵抗器対２３２を形成する。しかしながら、他の例では、他の配置が可能である。
【００３３】
図示の例では、第１の抵抗器２１６は、第２の抵抗器２１８よりも小さい抵抗を有している。したがって、第２の抵抗器２１８を表す抵抗層２０２の配線は、第１の抵抗２１６を表す抵抗層２０２の配線よりも狭い。加えて、第１の抵抗器２１６および第２の抵抗器２１８は、既知の所定の抵抗を有している。第１の抵抗器２１６および第２の抵抗器２１８は、約１０オームから約１キロオームの範囲の抵抗を有することができる。
【００３４】
いくつかの例では、入力ノード２１０および出力ノード２１２は、基板（例えば、ＩＣチップ用のパッケージ）の接続パッドに結合することができる。さらに、層スタック２００は、図１の極低温チャンバ７８のような極低温チャンバに収容することができる。
【００３５】
初期の動作モードの一例では、層スタック２００の周囲温度は、極低温チャンバによって（図１のコントローラ８０のようなコントローラからのコマンドに応答して）、第１の超伝導層２０４および第２の超伝導層２０６の各々の臨界温度よりも高いレベルに設定される。初期の動作モードの別の例では、層スタック２００の周囲温度は、極低温チャンバによって、第１の超伝導層２０４および第２の超伝導層２０６の各々の臨界温度以下のレベルに設定される。加えて、抵抗は、入力ノード２１０と出力ノード２１２との間で測定することができる。
【００３６】
第１の超伝導層２０４および第２の超伝導層２０６が臨界温度を上回って動作する場合、第１の抵抗器２１６および第２の抵抗器２１８の抵抗は、第１の超伝導層２０４および第２の超伝導層２０６の抵抗よりもはるかに小さい（例えば、約２分の１から３桁小さい）。したがって、周囲温度が第１の超伝導層２０４および第２の超伝導層２０６の臨界温度を上回っている初期モードの例では、入力ノード２１０と出力ノード２１２との間を通過する電流のほぼすべてが、第１の抵抗器２１６および第２の抵抗器２１８を通過する。逆に、周囲温度が第１の超伝導層２０４および第２の超伝導層２０６の臨界温度よりも低い初期モードの例では、入力ノード２１０と出力ノード２１２との間を通過する電流のほぼすべてが、第１の超伝導層２０４および第２の超伝導層２０６を通過する。
【００３７】
加えて、コントローラは、臨界温度発見モードに切り替えることができる。臨界温度発見モードでは、コントローラは、層スタック２００を収容する極低温チャンバに命令して、周囲温度を徐々にスイープ（減少または上昇）させて、第１の超伝導層２０４および第２の超伝導層２０６の臨界温度を判定しようと試みることができる。第１の超伝導層２０４または第２の超伝導層２０６のいずれかについて周囲温度が交差すると、対応する超伝導体−抵抗器対２３０または２３２の対応する抵抗器（第１の抵抗器２１６または第２の抵抗器２１８）の抵抗の量の分だけ抵抗が変化（降下または上昇）する。例えば、スイープが周囲温度を低下させる状況において、層スタック２００の周囲温度が第２の超伝導層２０６の臨界温度を下回ると、第２の超伝導層２０６の抵抗は、ゼロ（０）オームに降下し、その結果、第２の超伝導体−抵抗器対２３２の抵抗もまたゼロ（０）オームに降下する。したがって、第２の超伝導体−抵抗器対２３２を流れるほぼすべての電流は、第２の超伝導層２０６を通って流れ、入力ノード２１０と出力ノード２１２との間の全体的な抵抗は、第２の抵抗器２１８の抵抗の分だけ降下する。
【００３８】
代替的に、スイープが周囲温度を上昇させる状況において、層スタック２００の周囲温度が第２の超伝導層２０６の臨界温度を超えて上昇すると、第２の超伝導層２０６の抵抗は、第２の抵抗器２１８の抵抗の分だけ上昇する。したがって、第２の超伝導体−抵抗器対２３２を流れるほぼすべての電流は、抵抗層２０２を通って流れ、入力ノード２１０と出力ノード２１２との間の全体的な抵抗は、第２の抵抗器２１８の抵抗の分だけ上昇する。スイープのいずれの例（周囲温度の低下または上昇）においても、コントローラは、第２の超伝導体−抵抗器対２３２の第２の超伝導層２０６の臨界温度を識別および記録することができる。加えて、臨界温度発見モードを継続すると、コントローラは、第１の超伝導層２０４の臨界温度が到達されて同様の方法で記録されるまで、極低温チャンバに周囲温度を徐々にスイープ（低下または上昇）することを継続させる。
【００３９】
したがって、第１の超伝導体−抵抗器対２３０および第２の超伝導体−抵抗器対２３２をカスケードに配置することにより、単一の温度スイープを使用して、第１の超伝導層２０４および第２の超伝導層２０６の臨界温度を識別することができる。したがって、層スタック２００を使用することにより、層スタック２００の各超伝導層の臨界温度を容易に判定することができる。さらに、層スタック２００の超伝導層の各々が同じ材料で形成されているが、異なる処理技術が用いられている例では、異なる処理技術が臨界温度に及ぼす影響を定量化することができる。
【００４０】
上記の構造的および機能的特徴を考慮して、例示的な方法は、図５を参照してよりよく理解されるであろう。説明を簡単にするために、図５の例示的な方法は、連続して実行するものとして示され、説明されているが、他の例では、いくつかのアクションが、本明細書に示され記載されているものとは異なる順序で、複数回、および／または同時に発生し得るので、本例は、図示されている順序によって制限されないことを理解および認識されたい。さらに、方法を実施するために、説明されているすべてのアクションを実行する必要はない。
【００４１】
図５は、極低温チャンバ（例えば、図１の極低温チャンバ７８）で動作する超伝導回路（例えば、図１の超伝導回路５４）におけるＮ個の超伝導コンポーネント（例えば、図１の超伝導コンポーネント５２）の臨界温度を判定するための例示的な方法３００のフローチャートを示す。方法３００は、例えば、コントローラ（例えば、図１のコントローラ８０）によって実施することができる。
【００４２】
３１０において、コントローラは、極低温チャンバに、周囲温度をＮ個の超伝導コンポーネントの各々の臨界温度よりも上または下のレベルに設定させる。３２０において、コントローラは、超伝導回路の測定された抵抗を記録する。３３０において、コントローラは、極低温チャンバに、抵抗の変化が測定されるまで、超伝導回路の周囲温度を徐々にスイープさせる。３４０において、コントローラは、３３０での抵抗変化に対応する超伝導コンポーネントの臨界温度として瞬時（現在の）周囲温度を記録する。
【００４３】
３５０において、各超伝導コンポーネントの臨界温度が記録されているかどうかの判定が行われる。３５０での判定が正の場合（例えば、はい）、方法３００は３６０に進む。３５０での判定が負の場合（例えば、いいえ）、方法３００は３３０に戻る。３６０において、方法３００は終了する。
【００４４】
上記で説明したのは例である。もちろん、構成要素または方法の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は、さらに多くの組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲を含む、本出願の範囲内に含まれるそのようなすべての変更、修正、および変形を包含することが意図されている。本明細書で使用される場合、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、これに限定されないが、含むことを意味する。「基づく（ｂａｓｅｄ  ｏｎ）」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。さらに、開示またはクレームが「１つの（ａ，ａｎ）」、「第１の（ａ  ｆｉｒｓｔ）」、「もう一つの（ａｎｏｔｈｅｒ）」要素、またはそれらの均等物を記載する場合、１つまたは複数のそのような要素を含むと解釈されるべきであり、２つ以上のそのような要素を必要ともしないし除外もしない。
【図１】
2021535603.tif 000004
【図２】
2021535603.tif 000005
【図３】
2021535603.tif 000006
【図４】
2021535603.tif 000007
【図５】
2021535603.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和3年2月24日(2021.2.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導コンポーネントの臨界温度を測定するためのシステムであって、
制御可能な周囲温度を有する極低温チャンバに収容された超伝導回路であって、前記超伝導回路は、直列に接続された複数の超伝導体−抵抗器対を有し、前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々は、
超伝導コンポーネントと、
前記超伝導コンポーネントに並列に結合された抵抗器と
を含む、前記超伝導回路と、
前記超伝導回路の抵抗を測定する抵抗計と、
前記周囲温度を徐々にスイープするように前記極低温チャンバに命令し、かつ
前記超伝導回路の入力ノードおよび出力ノードにわたる測定された抵抗の変化を検出することに応答して、前記複数の超伝導体−抵抗器対のうちの対応する１つの所与の超伝導コンポーネントの臨界温度として瞬時周囲温度を記録する
コントローラと
を備える、システム。
【請求項２】
さらに、前記徐々にスイープすることは、前記周囲温度を徐々に低下させることである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
さらに、前記徐々にスイープすることは、前記周囲温度を徐々に上昇させることである、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々の各抵抗器は、固有の抵抗を有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
各超伝導体−抵抗器対の抵抗器は、約１０オームから約１キロオームの範囲内の抵抗を有している、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々の各超伝導コンポーネントは、同じ材料から形成されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の超伝導体−抵抗器対の少なくとも２つの超伝導コンポーネントは、異なる超伝導材料から形成されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数の超伝導体−抵抗器対は、少なくとも３つの超伝導体−抵抗器対を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項９】
前記超伝導回路は、集積回路（ＩＣ）チップのダイ内に集積されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項１０】
前記超伝導回路の前記入力ノードおよび前記出力ノードは、前記ＩＣチップのそれぞれの導電性パッドに結合されている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
超伝導コンポーネントの臨界温度を測定するためのシステムであって、
超伝導回路を形成する層スタックを有する集積回路（ＩＣ）チップであって、前記超伝導回路は、直列に接続された複数の超伝導体−抵抗器対を有し、前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々は、
超伝導コンポーネントと、
前記超伝導コンポーネントに並列に結合された抵抗器と
を含む、前記集積回路（ＩＣ）チップと、
前記超伝導回路の抵抗を測定する抵抗計と、
周囲温度を徐々にスイープするように極低温チャンバに命令し、かつ
前記超伝導回路にわたる測定された抵抗の変化を検出することに応答して、前記複数の超伝導体−抵抗器対のうちの対応する１つの所与の超伝導コンポーネントの臨界温度として瞬時周囲温度を記録する
コントローラと
を備える、システム。
【請求項１２】
超伝導コンポーネントの臨界温度を測定するための方法であって、
制御可能な周囲温度を有する極低温チャンバに収容された超伝導回路の抵抗を測定すること
を含み、前記超伝導回路は、直列に接続された複数の超伝導体−抵抗器対を有し、前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々は、
超伝導コンポーネントと、
前記超伝導コンポーネントに並列に結合された抵抗器と
を含み、前記方法は、さらに、
前記極低温チャンバに前記周囲温度を徐々にスイープさせること、
前記超伝導回路にわたる測定された抵抗の変化を検出することに応答して、前記複数の超伝導体−抵抗器対のうちの対応する１つの所与の超伝導コンポーネントの臨界温度として瞬時周囲温度を記録すること
を含む、方法。
【請求項１３】
前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々の各超伝導コンポーネントは、同じ材料から形成されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記超伝導回路は、集積回路（ＩＣ）チップのダイ内に集積されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々の各超伝導コンポーネントは、異なる臨界温度を有している、請求項１２に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
上記で説明したのは例である。もちろん、構成要素または方法の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は、さらに多くの組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲を含む、本出願の範囲内に含まれるそのようなすべての変更、修正、および変形を包含することが意図されている。本明細書で使用される場合、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、これに限定されないが、含むことを意味する。「基づく（ｂａｓｅｄ  ｏｎ）」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。さらに、開示またはクレームが「１つの（ａ，ａｎ）」、「第１の（ａ  ｆｉｒｓｔ）」、「もう一つの（ａｎｏｔｈｅｒ）」要素、またはそれらの均等物を記載する場合、１つまたは複数のそのような要素を含むと解釈されるべきであり、２つ以上のそのような要素を必要ともしないし除外もしない。
以下に、本開示に含まれる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
超伝導コンポーネントの臨界温度を測定するためのシステムであって、
制御可能な周囲温度を有する極低温チャンバに収容された超伝導回路であって、前記超伝導回路は、直列に接続された複数の超伝導体−抵抗器対を有し、前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々は、
超伝導コンポーネントと、
前記超伝導コンポーネントに並列に結合された抵抗器と
を含む、前記超伝導回路と、
前記超伝導回路の抵抗を測定する抵抗計と、
前記周囲温度を徐々にスイープするように前記極低温チャンバに命令し、かつ
前記超伝導回路の入力ノードおよび出力ノードにわたる測定された抵抗の変化を検出することに応答して、前記複数の超伝導体−抵抗器対のうちの対応する１つの所与の超伝導コンポーネントの臨界温度として瞬時周囲温度を記録する
コントローラと
を備える、システム。
［付記２］
さらに、前記徐々にスイープすることは、前記周囲温度を徐々に低下させることである、付記１に記載のシステム。
［付記３］
さらに、前記徐々にスイープすることは、前記周囲温度を徐々に上昇させることである、付記１に記載のシステム。
［付記４］
前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々の各抵抗器は、固有の抵抗を有している、付記１に記載のシステム。
［付記５］
各超伝導体−抵抗器対の抵抗器は、約１０オームから約１キロオームの範囲内の抵抗を有している、付記４に記載のシステム。
［付記６］
前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々の各超伝導コンポーネントは、同じ材料から形成されている、付記４に記載のシステム。
［付記７］
前記複数の超伝導体−抵抗器対の少なくとも２つの超伝導コンポーネントは、異なる超伝導材料から形成されている、付記４に記載のシステム。
［付記８］
前記複数の超伝導体−抵抗器対は、少なくとも３つの超伝導体−抵抗器対を含む、付記４に記載のシステム。
［付記９］
前記超伝導回路は、集積回路（ＩＣ）チップのダイ内に集積されている、付記４に記載のシステム。
［付記１０］
前記超伝導回路の前記入力ノードおよび前記出力ノードは、前記ＩＣチップのそれぞれの導電性パッドに結合されている、付記９に記載のシステム。
［付記１１］
超伝導コンポーネントの臨界温度を測定するためのシステムであって、
超伝導回路を形成する層スタックを有する集積回路（ＩＣ）チップであって、前記超伝導回路は、直列に接続された複数の超伝導体−抵抗器対を有し、前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々は、
超伝導コンポーネントと、
前記超伝導コンポーネントに並列に結合された抵抗器と
を含む、前記集積回路（ＩＣ）チップと、
前記超伝導回路の抵抗を測定する抵抗計と、
周囲温度を徐々にスイープするように極低温チャンバに命令し、かつ
前記超伝導回路にわたる測定された抵抗の変化を検出することに応答して、前記複数の超伝導体−抵抗器対のうちの対応する１つの所与の超伝導コンポーネントの臨界温度として瞬時周囲温度を記録する
コントローラと
を備える、システム。
［付記１２］
前記層スタックは、
前記超伝導体−抵抗器対の各々の各抵抗器を形成する抵抗層と、
前記超伝導体−抵抗器対の第１の超伝導コンポーネントを形成する第１の超伝導層と、
前記超伝導体−抵抗器対の第２の超伝導コンポーネントを形成する第２の超伝導層と
を含む、付記１１に記載のシステム。
［付記１３］
前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層は、同じ材料で形成されている、付記１２に記載のシステム。
［付記１４］
前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層は、異なる材料で形成されている、付記１２に記載のシステム。
［付記１５］
前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層は、異なる臨界温度を有している、付記１２に記載のシステム。
［付記１６］
前記超伝導回路の入力ノードおよび出力ノードは、前記ＩＣチップのそれぞれの導電性パッドに結合されている、付記１２に記載のシステム。
［付記１７］
超伝導コンポーネントの臨界温度を測定するための方法であって、
制御可能な周囲温度を有する極低温チャンバに収容された超伝導回路の抵抗を測定すること
を含み、前記超伝導回路は、直列に接続された複数の超伝導体−抵抗器対を有し、前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々は、
超伝導コンポーネントと、
前記超伝導コンポーネントに並列に結合された抵抗器と
を含み、前記方法は、さらに、
前記極低温チャンバに前記周囲温度を徐々にスイープさせること、
前記超伝導回路にわたる測定された抵抗の変化を検出することに応答して、前記複数の超伝導体−抵抗器対のうちの対応する１つの所与の超伝導コンポーネントの臨界温度として瞬時周囲温度を記録すること
を含む、方法。
［付記１８］
前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々の各超伝導コンポーネントは、同じ材料から形成されている、付記１７に記載の方法。
［付記１９］
前記超伝導回路は、集積回路（ＩＣ）チップのダイ内に集積されている、付記１７に記載の方法。
［付記２０］
前記複数の超伝導体−抵抗器対の各々の各超伝導コンポーネントは、異なる臨界温度を有している、付記１７に記載の方法。
【国際調査報告】
2021535603.tif 000009
2021535603.tif 000010