(57)【要約】閉ループ伝送ラインと、付加伝送ラインと、上記閉ループ伝送ラインと上記付加伝送ラインとが接続される接合部とを備えるフラクソン・デバイス。一個またはそれ以上のフラクソンを格納するフラクソン・コンテナと、フラクソンが伝播する事が可能なフラクソン界面と、上記フラクソン・コンテナと上記フラクソン界面が接続される接合部と、上記接合部におけるフラクソンを制御するための制御器とを備える。電磁輻射生成器は所定の長さ、深さ及び幅を有しかつ長さ方向の摂動を含むフラクソン伝送ラインと、深さ方向に駆動電流を印加するための機構と、幅方向の磁場を生成するための磁場生成器とを備える電磁輻射発生装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉ループ伝送ラインと、
付加伝送ラインと、
上記閉ループ伝送ライン及び上記付加伝送ラインが接続される接合部と、
を備えるフラクソン・デバイス。
【請求項２】
上記付加伝送ラインが上記閉ループ伝送ラインに接続される角度によって制御される動作特性を有する請求項１に記載のフラクソン・デバイス。
【請求項３】
上記付加伝送ラインの幅あるいは軸の変化によって制御される各動作特性を有する請求項１又は２に記載のフラクソン・デバイス。
【請求項４】
上記閉ループ伝送ラインの幅あるいは幅の変化によって制御される動作特性を有する上記いずれかの請求項に記載のフラクソン・デバイス。
【請求項５】
駆動電流を上記閉ループ伝送ラインに印加するための機構を更に備える上記いずれかの請求項に記載のフラクソン・デバイス。
【請求項６】
駆動電流を上記付加伝送ラインに印加するための機構を更に備える上記いずれかの請求項に記載のフラクソン・デバイス。
【請求項７】
上記閉ループ伝送ラインと付加伝送ラインは長ジョセフソン接合を有するジョセフソン伝送ラインである上記いずれかの請求項に記載のフラクソン・デバイス。
【請求項８】
上記閉ループ伝送ライン内のフラクソンを生成するために入力フラクソン発生器として動作するべく構成される上記いずれかの請求項に記載のフラクソン・デバイス。
【請求項９】
上記接合部はＴ状あるいはＹ状の接合部である請求項８に記載のフラクソン・デバイス。
【請求項１０】
上記接合部は付加伝送ラインに向けて急峻な端部を与える請求項８又は９に記載のフラクソン・デバイス。
【請求項１１】
閉ループ伝送ラインの幅はブリージング形成のために構成されている上記請求項のいずれかに記載のフラクソン・デバイス。
【請求項１２】
閉ループ伝送ラインへのフラクソン入力の極性を反転するために反転分極器としての動作のために構成された請求項１から７のいずれかに記載のフラクソン・デバイス。
【請求項１３】
出力フラクソン発生器としての動作のために構成された請求項１から７のいずれかに記載のフラクソン・デバイス。
【請求項１４】
上記付加伝送ラインは上記接合において上記閉ループ伝送ラインを接線方向に結合する請求項１３に記載のフラクソン・デバイス。
【請求項１５】
フラクソンが上記の接合部に向けて閉ループ内で移動することにより閉ループ伝送ラインの幅が増加する請求項１４に記載のフラクソン・デバイス。
【請求項１６】
更なる付加伝送ラインを備える上記請求項のいずれかに記載のフラクソン・デバイス。
【請求項１７】
上記更なる付加伝送ラインは長ジョセフソン接合を有するジョセフソン伝送ラインである請求項１６に記載のフラクソン・デバイス。
【請求項１８】
スイッチとして動作可能な上記請求項のいずれかに記載のフラクソン・デバイス。
【請求項１９】
磁場センサとして動作可能な上記請求項のいずれかに記載のフラクソン・デバイス。
【請求項２０】
輻射生成器として動作可能な上記請求項のいずれかに記載のフラクソン・デバイス。
【請求項２１】
１個もしくはそれ以上のフラクソンを格納するためのフラクソン・コンテナと、フラクソンがそれに沿って伝播することが可能なフラクソン界面と、上記フラクソン・コンテナと上記フラクソン界面とが接続される接合部と、当該接合部におけるフラクソンを制御するための制御器とを備える装置。
【請求項２２】
上記制御器は上記接合部におけるフラクソンのエネルギーレベルを制御することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
上記フラクソン界面はフラクソンを上記フラクソン・コンテナを提供することを特徴とする請求項２１又は２２に記載の装置。
【請求項２４】
上記制御器はフラクソン・コンテナに向けてフラクソン界面に沿って移動するフラクソンのエネルギーレベルを制御する請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
上記制御器はフラクソンの運動の方向を横切って電流を提供する請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
上記フラクソン界面は上記フラクソン・コンテナからのフラクソンを受けとる請求項２１又は２２に記載の装置。
【請求項２７】
上記制御器は上記コンテナによって含まれるフラクソンのエネルギーレベルを制御する請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
上記制御器は、格納したフラクソンの動きの方向を横切って電流を提供する請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
上記フラクソン・コンテナは閉ループＪＴＬ構造である請求項２１から２８のいずれか１つに記載の装置。
【請求項３０】
上記閉ループＪＴＬ構造は可変幅を有する請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
上記フラクソン界面は追加ＪＴＬである請求項２１から３０のいずれかに記載の装置。
【請求項３２】
上記追加ＪＴＬは可変幅を有する請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
上記接合部は上記装置の各動作特性を制御するような形状を有する請求項２１から３２のいずれか１つに記載された装置。
【請求項３４】
所定の長さ、深さおよび幅を有し、かつ長さ方向に摂動を生じるフラクソン伝送ラインと、
深さ方向への駆動電流を印加する機構と、
幅方向における磁場を生成する磁場生成器と、
を備える電磁輻射発生器。
【請求項３５】
上記フラクソン伝送ラインは長ジョセフソン接合を有するジョセフソン伝送ラインである請求項３４又は３５に記載の発生器。
【請求項３６】
摂動が、その長さ方向を横断するような、上記フラクソン伝送ラインの特徴における一時的な変化である請求項３４又は３５に記載の生成器。
【請求項３７】
摂動が、縦方向に移動するフラクソンの運動エネルギーを一時的に変化させる請求項３４、３５又は３６に記載の発生器。
【請求項３８】
上記摂動が、フラクソン伝送ラインのために一時的に超伝導臨界電流を増加する請求項３４から３７のいずれかに記載の生成器。
【請求項３９】
上記一時的な増加はジョセフソン長より短いデメンションを超えて生ずる請求項３８に記載の生成器。
【請求項４０】
上記摂動が上記フラクソンの伝送ラインの幅における変化を含む請求項３４から３９のいずれかに記載の生成器。
【請求項４１】
上記摂動が伝送ラインの構成における変化を含む請求項３４から４０に記載の生成器。
【請求項４２】
駆動電流を印加するための機構は上記駆動電流の振幅のユーザによるバラツキに対して構成されている請求項３４から４１に記載の生成器。
【請求項４３】
所定の長さ、深さ及び幅を有しかつ上記縦方向の摂動を含むジョセフソン伝送ラインと、
深さ方向の駆動電流を印加するためのメカニズムと、
幅方向の磁場を生成するための磁場生成器と、
を備えるフラクソン・デバイス。
【請求項４４】
電磁輻射を発生する方法であって、
電流を使って伝送ラインに沿ってフラクソンを駆動すること；
前記フラクソンのエネルギーを電磁エネルギーとして放出すべく、前記フラクソンを前記伝送ラインに沿って駆動することにより、該フラクソンのエネルギーを弾性エネルギーに変換すること；
を含む、方法。
【請求項４５】
上記伝送ラインにおける摂動を用いてフラクソンのエネルギーを弾性エネルギーに変換する請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
閉ループ伝送ラインは電磁輻射を生じさせる摂動を含む請求項１に記載のフラクソン・デバイス。
【請求項４７】
上記付加伝送ラインは電磁輻射を生じさせる摂動を含む請求項１に記載のフラクソン・デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の好ましい実施例はフラクソン・デバイスに関する。特に本発明の実施例のあるものはフラクソンの生成あるいは結合に関する。
【発明の背景】
【０００２】
フラクソンは従来強磁場をジョセフソン伝送ラインに印加することによって生成される。駆動電流が印加されると、フラクソンの流れは実現される。しかしながら、このようなシステムには大きな欠点がある。このシステムは電流の揺れおよび外部ノイズに対して大変敏感であり、更に、使用される強磁場は隣接する機器に影響を与える。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の一実施例によれば、閉ループ伝送ラインと、付加伝送ラインと、上記閉ループ伝送ラインと、上記付加伝送ラインと上記付加伝送ラインとが接続される接合部とを備えたフラクソン・デバイスが提供される。
【０００４】
そのようなデバイスは強磁場を必要とすることなく、かつノイズに対する敏感性も低下した状態で、フラクソンの生成および使用を可能にする。
【０００５】
本発明の他の実施例によれば、一個またはそれ以上のフラクソンを含むフラクソン・コンテナと、フラクソンがそれに沿って伝播する事が可能なフラクソン界面と、上記フラクソン・コンテナと上記フラクソン界面とが接続される接合部と上記フラクソンを制御するための制御器とを備えた装置が提供される。
【０００６】
フラクソン・コンテナは、永久的にもしくは一時的にフラクソンを収納するよう構成されている構造である。フラクソン・コンテナのー例は閉ループとして形成される長ジョセフソン接合である。
【０００７】
フラクソン界面は、フラクソンが当該フラクソンに対して設けられているフラクソンのための入力界面もしくは上記コンテナからフラクソンが設けられるフラクソンに対する出力界面である。当該の界面は典型的にはフラクソンを伝播するための伝送ラインを備えている。
【０００８】
上記接合部は上記フランクソン・コンテナとフラクソン界面が接続されている領域である。上記フラクソン界面と上記フラクソン・コンテナが接続されている角度が装置の特性に影響を与える可能性もある。
【０００９】
上記制御器はフラクソンが上記接合に近づくようにフラクソンのエネルギーを制御することも可能である。
【００１０】
このようなデバイスは強磁場を必要とすることなく、かつノイズに対する敏感性も低下した状態で、フラクソンの生成および使用を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明のよりよい理解のために以下の沿付図面をー例として参照して説明する。
【図１】長ジョセフソン接合の側断面図を示す。
【図２】どのように閉ループ（環状）ＪＴＬ構造が形成されるかについてのー例を平面図として概略的に示す。
【図３Ａ】Ｔ−接合フラクソン・デバイスを示す。
【図３Ｂ】出力フラクソン生成の上記Ｔ−接合デバイスの使用を示す。
【図３Ｃ】上記Ｔ−接合フラクソン・デバイスのＩ−Ｖ特性を示す。
【図３Ｄ】多層Ｔ−接合フラクソン・デバイスを示す。
【図４Ａ】σ−フラクソン・デバイスを示す。
【図４Ｂ】出力フラクソン生成のためのフラクソン・デバイスの使用を示す。
【図４Ｃ】σ−フラクソン・デバイスのＩ−Ｖ特性を示す。
【図４Ｄ】多層σ−フラクソン・デバイスを概略的に示す。
【図５Ａ】出力フラクソン発生器として動作するフラクソン・デバイスを概略的に示す。
【図５Ｂ】トラップとして動作可能な入力フラクソン・トラップとして動作するフラクソン・デバイス、入力フラクソン発生器もしくは分極反転器を概略的に示す。
【図６】入力フラクソン発生器を概略的に示す。
【図７Ａ】分極反転器を概略的に示す。
【図７Ｂ】ブリージング発生器を概略的に示す。
【図８】フラクソン反フラクソン対のトラッピングのための臨界初期速度が、減衰によってどのようになるかを示す。
【図９】リモートセンシング・デバイスを示す。
【図１０】フラクソン干渉計を概略的に示す。
【図１１】概念的なフラクソン・エンタンギュラを概略的に示す。
【図１２Ａ】フラクソン・トランジスタもしくはスイッチを概略的に示す。
【図１２Ｂ】フラクソン・トランジスタもしくはスイッチを概略的に示す。
【図１３】電磁輻射を引き起こすための摂動領域を有するフラクソン伝送ラインを透視図として概略的に示す。
【図１４Ａ】フラクソン伝送ラインの幅Ｗにおける離散的なステップ状の変化の上記摂動領域の各境界を例示したフラクソン伝送ラインを示す。
【図１４Ｂ】フラクソン伝送ラインの幅Ｗにおける漸進的変化が摂動領域のための各領域を例示するフラクソン伝送ラインを示す。
【図１５】電磁輻射を引き起こすための摂動領域を有する閉ループフラクソン伝送ラインを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１図は長ジョセフソン接合１０の側断面図を概略的に示している。この長ジョセフソン接合１０は連続的な第１の超伝導層２と、長いかつ連続的第２の超伝導層６、そして上記第１および第２の超伝導層２，６間の絶縁層４とを備えている。
【００１３】
上記第１の超伝導層２は（頁と平行の）幅Ｗを有し、かつ（頁の面に垂直な第１の面に延伸する。上記第２の超伝導層６は（頁と平行に）幅Ｗを有し、かつ上記第１の面に並列する第２の面に延伸する。上記絶縁膜４は（頁と平行な）幅Ｗを有し，第１および第３の面に平行で上記第１および第３の面との間に位置する第３の平面に延伸する。
【００１４】
例えば上記超伝導層２、６はネオジウムあるいは高温超伝導体（ＨＴＳＣ）から形成可能である。ＨＴＳＣの場合、当該デバイスは多層を含む積層体もしくは単一層のいずれかとして実施され得る。
【００１５】
上記絶縁層４は、製造されたジョセフソン接合の場合には典型的な酸化物であり、もしくは高温超伝導体（ＨＴＳＣ）の真性層間に自然に形成されたものである。典型的には上記絶縁膜４は２〜３ｎｍの厚さである。
【００１６】
フラクソン１２は上記第３の面に平行方向に自由に伝播する。当該フラクソン１２は第１の超伝導層２と上記絶縁膜４および上記超伝導層６と上記絶縁層４との間に接触界面を交差して位置している。上記フラクソン１２はジョセフソン渦動である。上記フラクソン１２は関連した磁束量子を備えた自己生成循環超伝導電流ＩＦを備えている。上記フラクソン１２は上記２個の超伝導層２，６間の量子差の２πキンクに相当する。
【００１７】
もし正味の電流ＩＡ１４が長ジョセフソン接合１０に印加されれば、上記正味の電流がフラクソン１２を正味の速度１６で移動させる。上記正味の印加された電流ＩＡが大きくなるにつれてフラクソンの正味の速度が（相対的限界に至るまで）大きくなる。
【００１８】
それ故上記長ジョセフソン接合は、上記フラクソン１２が伝播することが可能なジョセフソン伝送ライン（ＪＴＬ）として動作可能である。
【００１９】
ＪＴＬ内のフラクソンのエネルギーはフラクソン速度で増加する（増加する印加電流で増加する）、そしてフラクソンの相対質量で増加する（ＪＴＬの増加する幅Ｗと共に増加する）。
【００２０】
第２図は閉ループ（環状）連続ＪＴＬ構造３０がどのように形成されうるかについて平面図で概略的に示している。閉ループＪＴＬ構造３０はループを形成しつつそれ自体で戻るように（紙面に平行に）接合部の面に湾曲する長ジョセフソン接合１０である。当該ループは必ずしも必要ではないけれども略円形もしくは楕円形にすることが可能である。
【００２１】
超伝導物質の第１のシート２０は超伝導物質の第２のシート２６の少なくとも一部に積層され、そして（第２図には図示しない）薄い絶縁膜４によってそれから分離される。重なり部の領域２８は閉ループＪＴＬ構造３０を形成している。
【００２２】
超伝導物質の上記第１のシート２０は超伝導物質の第１のシート２６の少なくとも１部と重なっており薄い絶縁フィルム４によって（２６）から分離される。重なり部の領域２８は閉ループＪＴＬ構造３０を形成している。
【００２３】
超伝導物質の上記第１のシート２０は閉ループＪＴＬ構造３０の上記第１の閉ループ層２を形成する。当該第１のシート２０の閉ループＪＴＬ構造３０は外方の絶部を画定すべく使用されている湾曲して端部２１を有している。上記第１のシート２０はホール２４を有している。当該ホール２４は閉ループＪＴＬ構造３０の内方絶部を画定すべく使用されている湾曲した内方へ端部２２を有する。
【００２４】
超伝導物質の第２のシート２６は上記閉ループＪＴＬ構造３０の第２の超伝導層６を形成する。
【００２５】
上記第２のシート２６は閉ループＪＴＬ構造３０の外方端部を画定するべく使用される湾曲した端部を有する。上記第２のシート２６はホール２４を備えている。このホール２４は上記閉ループＪＴＬ構造３０の内端部を画定すべく使用される湾曲した内端部２２を有する。
【００２６】
図示された例において、重なり領域は内方半径Ｒ１と外方半径Ｒ２によって画定された環状体である。当該外方半径は上記湾曲した端部２１、２７の曲率の半径によって画定されている。当該半径は共有されたホール２４および上記ホールの内端２２の曲率半径によって画定されている。
【００２７】
閉ループ連続ＪＴＬ構造３０はフラクソン・コンテナもしくはトラップとして第３図、第４図、第５図、第６図、第７図、第９図、第１０図、第１１図および第１２図に図示されているフラクソン・デバイスに使用され得る。類似なことが電子の流れを生成及び使用するもしくは電子デバイスとフラクソンの流れを生成及びもしくは使用するフラクソン・デバイス間についても言える。
【００２８】
上記閉ループ構造は一方がループを交叉するにつれて一方がジョセフソン接合に沿ってかつ多重ジョセフソン接合を介さずに通過する点において連続である。
【００２９】
第３Ａ図、第３Ｂ図、第３Ｄ図、第４Ａ図、第４Ｂ図、第６図、第７Ａ図、第７Ｂ図、第１０図、第１１図、第１２Ａ及び第１２Ｂ図は、フラクソン生成において使用される閉ループＪＴＬ構造３０を有する種々のフラクソン・デバイスを概略的に示している。もし「親」のフラクソンが閉ループＪＴＬ構造３０（第７Ａ図、第７Ｂ図、第１０図、第１１図、第１２Ａ図、第１２Ｂ図参照）に付加的ＪＴＬ３２に沿って入力されるならば、各フラクソンは上記閉ループＪＴＬ構造内に生成されることも可能である。また、上記「親」のフラクソンが閉ループＪＴＬ構造３０（第３Ｂ図、第４Ｂ、第５Ａ図、第７図参照）内でトラップされれば、付加的なＪＴＬ３２に沿って、生成されたフラクソンが出力されうる。
【００３０】
上記フラクソン・デバイスは少なくとも１つのフラクソン１２を含むコンテナ／トラップを含むフラクソンとして動作する閉ループＪＴＬ構造３０を備えている。追加のＪＴＬ３２が、閉ループＪＴＬ構造３０と接合領域３４において接続される。各第１の超電導層２、絶縁層４および第２の超電導層６、および追加ＪＴＬ３２がそろっている。
【００３１】
第３Ａ図はフラクソン発生器もしくは出力フラクソン発生器として使用することもできるＴ−接合フラクソン・デバイスを示している。第４Ａ図は出力フラクソン発生器として使用することも可能であるσ−フラクソン・デバイスを示している。
【００３２】
上記追加ＪＴＬ３２は上記閉ループＪＴＬ構造３０からのフラクソンを伝播し出力する、出力フラクソン発生器として動作する。
【００３３】
上記追加ＪＴＬ３２は封じ込むための上記閉ループＪＴＬ構造３０に各フラクソンを提供するフラクソン入力としてのフラクソン入力発生器として動作する。
【００３４】
接合３４における閉ループＪＴＬ構造３０に対する追加ＪＴＬ３２の攻撃（ａｔｔａｃｋ）の角度は変化させることができる。第３Ａ図において、上記角度はＴ字状接合３４を形成して垂直である。第４Ａ図において、上記角度はＹ字状接合３４を形成して接線方向である。
〔フラクソン発生〕
【００３５】
２個のストレートＪＴＬの接続点におけるフラクソンの制御された生成はグレビチおよびクスマルチェフの「ジョセフソン伝送ラインにおけるフラックスクローニング」（フィジカルレビュレター、０１７００４−１〜４）に記載されている。
【００３６】
接合３４における新しい「ベビー（baby）」フラクソン１３を生成するプロセスは最初の「マザー（mother）」フラクソン１２の熱エネルギーに依存する。フラクソン１２は非常にゆっくりと移動する場合には、新しいフラクソン１３を発生する充分な運動エネルギーを持っていない。次いで、上記接合３４はバリアとして作用しそしてフラクソン１２はそのバリアからまさに反射される。しかしながら、フラクソン１２はバリアを克服するに充分なエネルギーを有しているならば、フラクソン１２はマザーとして働き、そしてフラクソン１３は追加ＪＴＬ内で誕生する。
〔出力フラクソン発生〕
【００３７】
第５Ａ図は出力フラクソン発生器５８として動作するフラクソン・デバイスを概略的に示している。フラクソン・コンテナ４２はフラクソンをトラップする。フラクソン・コントローラ４４は上記出力４８におけるフラクソン・コンテナによってフラクソン（フラクソン電流）４５の流れを制御する。
【００３８】
上記コンテナ／トラップ４２は典型的に閉ループＪＴＬ構造３０である。上記出力４８は典型的に接合部３４における閉ループＪＴＬ構造３０に接合されている追加ＪＴＬ３２である。上記フラクソン・コントローラ４４は閉ループＪＴＬ構造３０の長ジョセフソン接合を横切って通過する電流を制御する。
【００３９】
フラクソンのためのコンテナとしての閉ループＪＴＬ構造３０を使用することは印加すべき駆動電流１４をしてフラクソンの速度およびその運動エネルギーを増加させることを可能ならしめる。フラクソンのエネルギーが閾値を越えると、出力フラクソン生成は上記接合３４において生ずる（第３Ｂ図および第４Ｂ図を参照）。
【００４０】
上記「マザー」フラクソン１２が閉ループＪＴＬ構造３０におけるその回転を継続している期間中に上記発生したフラクソン１３は上記追加ＪＴＬに沿って移動する。次いでサイクルは繰り返す。
【００４１】
かくしてベビーフラクソン１３の列はフラクソンの流れ（フラクソン電流）４５として生成される。１秒あたり生成されるフラクソンの数はトラップされたフラクソンの速度に依存する。このことはフラクソンの数は印加された駆動電流および上記閉ループＪＴＬ構造３０を形成するＪＴＬの幅に依存する。
【００４２】
フラクソンの流れ（フラクソン電流）を生成するための外部磁場を必要としない。
〔Ｔ接合出力フラクソン発生器〕
【００４３】
Ｔ接合３４と関連したエネルギーバリアが存在する（第３図）。フラクソン生成プロセスを活性化するに必要な駆動電流のしきい値が存在する。この臨界電流はＴ接合の幾何学的パラメータを備えた臨界駆動電流に関する以下の第１式によって与えることが可能である。
2010509760.tif 000003
【００４４】
ここでγ＝ｊ／ｊｃであり、ｊは駆動電流の密度、ｊｃは臨界電流密度であり、Ｗ０は閉ループＪＴＬ３２の幅であり、そしてＷは追加ＪＴＬ３２の幅である。
【００４５】
上記Ｔ−接合発生器は印加電流の方向に依存してフラクソンもしくは反フラクソンのいずれかを生成することが可能である。この対称性は上記Ｉ−Ｖ特性（第３Ｃ図）において反映されている。このＩ−Ｖ特性はＴ接合に関連したエネルギーバリアに基ずいてヒステリシス挙動を示している。
〔σ出力フラクソン発生器〕
【００４６】
σ−フラクソン・デバイス（第４図）は、接合３４に関連したバリアが存在しないという利点を有している。その代わり、Ｙ接合３４を用いて追加ＪＴＬ３２を閉ループ３２に円滑に接続する。この場合、核形成バリアが存在しない。その代わり、核形成エネルギーは閉ループＪＴＬ構造３０の増加する幅Ｗに関連したポテンシャルで回転中のトラップされたフラクソン１２によって蓄積される。急峻なバリアが存在しないことは寄生的プラズマモードが存在せず、かつエネルギーの喪失がほとんど生じないことを意味する。
【００４７】
閉ループＪＴＬ構造３０の幅をその円周に沿って線形的に生長（増加）させたとする
2010509760.tif 000004
上記の式においてＲ＝Ｒｉ＋ΔＲであり、そしてリングＲｉは固定内半径である。ｘはリングの外周に沿う座標である。ＩＤ近似において、トラップされたフラクソンのポテンシャル・エネルギーは、以下の積分式によって与えられる。
2010509760.tif 000005
ここでＬ＝２πＲである。以後規定された単位として、ジョセフソン貫通長λｊに規定された座標と距離、及びプラズマ周波数ωｐの逆数によってタイムスケールされたＳｗｉｈａｒｔ速度Ｃに規定された速度等を用いる。
【００４８】
この場合、エネルギーは以下の式に示すように規定される。
2010509760.tif 000006
【００４９】
この境界条件の場合、
2010509760.tif 000007
ここで、駆動電流によって、誘引されかつジョセフソン接合の境界に平行な一定の磁場成分を用いている。幅Ｗ（ｘ）はｘのゆっくり変化する函数
2010509760.tif 000008
であり、かつ休止フラクソンを記述する式のソリトン解を（９）式に代入した場合、以下の実効ポテンシャル・エネルギーを得る。
2010509760.tif 000009
【００５０】
かくして、フラクソン生成プロセスを活性化するべく要求された駆動電流のしきい値は以下の式である。
2010509760.tif 000010
【００５１】
このσ−フラクソン・デバイスは各出力フラクソンを生成することができるだけである。σの非対称性はそのＩ−Ｖ特性（第４Ｃ図）において反映される。上記フラクソン装置はラチェット、ダイオードもしくは整流器として動作させることが可能である。
【００５２】
第３Ｄ図は多層Ｔ−接続フラクソン・デバイス５０を概略的に示している。第４Ｄ図は多層σフラクソン・デバイス５０を概略的に示している。これらの構造は例えばＢＳＣＣＯ等の多層超伝導体によって実現されることができる。
〔フラクソン・トラップ〕
【００５３】
第５Ｂ図は入力フラクソン・トラップ４０として動作させるフラクソン・デバイスを示している。フラクソン・コンテナ４２はフラクソンをトラップすべく使用される。入力４９はフラクソンの流れとしてフラクソンをフラクソン・コンテナ４２に提供する。フラクソン制御器４４はフラクソンの流れ（フラクソン電流）４６を制御する。
【００５４】
フラクソン・コンテナは典型的には閉ループＪＴＬ構造３０となる。上記入力４９は典型的には閉ループＪＴＬ構造３０に結合された追加ＪＴＬ３２である。上記フラクソン制御器は、例えば付加的ＪＴＬ３２に印加される正味の電流１４を制御することによって付加的ＪＴＬに沿ってフラクソンの流れ（フラクソン電流）４６を制御することが可能である。この正味の電流を制御することによってフラクソンの速度を制御する。
〔入力フラクソン生成器〕
【００５５】
上記入力フラクソン・トラップは第６図と第７Ｂ図に示されるように入力フラクソン生成器４０として動作させることが可能である。
【００５６】
フラクソンの流れ（フラクソン電流）４６は追加ＪＴＬ３２の端部で電流パルスによって生成され、ついで閉ループＪＴＬ構造３０で接合３４に向けて動く。
【００５７】
フラクソンの流れ（フラクソン電流）４６におけるフラクソン１２は接合３４に向けて追加ＪＴＬ４９において伝播する。所定のしきい値Ｔ以上の入射フラクソンの速度に対して、フラクソン１２は反射することなく接合３４を介して通過し、そして２つのソリューション即ち異なった極性を有するフラクソンおよび反フラクソンに分離する。この接合３４は到来するフラクソン１２に向けて方向づけられた急峻な縁を持つＹ字形状を有する。この急峻な縁ではフラクソンおよび反フラクソン対の生成を減少させる。
【００５８】
第６図におけるダッシュ付矢印はＴ接合３４に向かう親のフラクソン１２を示している。これらの平面的な矢印は分離された親のフラクソン１２によって吸引されたフラクソン−反フラクソン対１２Ａ、１２Ｂを示している。
【００５９】
閉ループＪＴＬ構造３０におけるフラクソン−反フラクソンの対をトラップするために、ある最小減衰が必要とされる。（第７Ｂ図）に示される場合、閉ループＪＴＬ構造３０に照射された後、フラクソン−反フラクソン対１２Ａ、１２Ｂは閉ループＪＴＬ構造３０を離れていくに十分なエネルギーを有している。取り込まれたフラクソンおよび反フラクソンは多重衝突を経験し発振ブリーザの形式で拘束状態を最終的に形成する。
【００６０】
フラクソン−反フラクソン対とブリーザとのためのトラッピング・ポテンシャルを生成するために、上記閉ループＪＴＬ構造３０は接続３４に対向した側４７で薄くされていてもよい。フラクソンおよび反フラクソンは閉ループＪＴＬ上の互いに反対方向に移動し、そして閉ループＪＴＬ構造３０の最も狭い点４７で衝突する。このポイント４７で、フラクソンおよび反フラクソン１２Ａ，１２Ｂはエネルギーの最大の消失のみならず、最大の運動エネルギーを有する。
【００６１】
第６図において、閉ループＪＴＬ構造３０は各々について距離ｄだけシフトされた中心を有する２個の円の半径ＲｅとＲｉによって拘束される。ＡＪＪの幅はリングに沿う座標ｘに依存しかつ以下の式によって与えられる：
2010509760.tif 000011
ただし、
ΔＲ＝Ｒｅ−Ｒｉは平均幅、
Ｒ＝（Ｒｅ＋Ｒｉ）／２は平均半径、
ｘは０＜ｘ＜Ｌ
である。
【００６２】
ブリージング形成のために入射フラクソンは移動すべき（速度）以下の理論的臨界初期フラクソン速度は以下の式で示されることが理解される。
2010509760.tif 000012
ここで、Ｗ０は追加ＪＴＬの幅
2010509760.tif 000013
である。
【００６３】
フラクソン・コントローラ４４は、追加ＪＴＬ３２に沿って伝播する入射フラクソンが上記の臨界速度を下回ることを確実にするために用いる。
【００６４】
第８図はフラクソン−反フラクソン対のトラッピングのために臨界速度が、どのように減衰に依存するかを示している。
〔極性反転器〕
【００６５】
第３Ａ図および第６図に示されるフラクソン・デバイスはフラクソンの極性を反転するように使用しうる。
【００６６】
（図７Ａに示されている）ゼロあるいは減衰の場合、フラクソンおよび反フラクソン１２Ａ、１２Ｂは異なった方向に閉ループＪＴＬ構造３０の上記接合部４５において互いに通過し、上記接合部４５において再び結合（一体）しながら伝播する。結合された「ジャイアント」反フラクソン１２'は閉ループＪＴＬ構造４４を離れてオリジナル・フラクソン１２に対向した方向に追加ＪＴＬ３２に沿って伝播することを開始する。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
閉ループＪＴＬ構造３０は第３図，第４図，第５図、第６図，第７図，第９図，第１０図、第１１図および第１２図において示されるフラクソン・デバイスにおいて使用することも可能である。上記閉ループＪＴＬ構造は追加ＪＴＬでその接合において各フラクソンを生成する。さらに永久に各フラクソンを使用することが可能であり、さらに各フラクソンの極性を反転するために一時的に各フラクソンをトラップすることが可能であり、またフラクソンの極性を反転するために各フラクソンをトラップすることも可能である。電子の流れを生成および／もしくは使用する電子装置と各フラクソンの流れを生成および／もしくは使用するフラクソン・デバイス間についても同様なことが言える。
〔ＴＨｚ生成器〕
【００６８】
出力フラクソン生成器３８はＴＨｚ輻射を発生するよう使うことも可能である。第３Ｂ図および第４Ｂ図の例において、フラクソン１３が追加ＪＴＬ３２の端部に達すると、それはフラクソンと同様な方向で伝播するＪＴＬの端部におけるＴＨｚ輻射を誘引することができる。
【００６９】
フラクソン・トラップは入力フラクソン生成器として動作してＴＨｚ輻射を生成することが可能である。発振ブリーザはこのＴＨｚ領域において照射動作を行うことも可能である。
【００７０】
ＴＨｚ輻射を生成するフラクソン・デバイスはＴＨｚ輻射６２を使用する第９図に図示されるようなリモートセンシング・デバイス６０に組み込まれて対象物（オブジェクト）６６の伝送イメージ６４を得ることも可能である。このようなリモートセンシング・デバイス６０は人体内および医療診断のために持ち運びしたもしくは位置づけられた各アイテムを識別もしくは位置づけするために特に有用である。
〔磁場測定〕
【００７１】
図１０は他のフラクソン・デバイス７０即ちフラクソン干渉計を概略的に示している。上記フラクソン干渉計７０は上縁部ＪＴＬ１と下部ＪＴＬ２に分割された閉ループＪＴＬ構造３０を備えている。上記閉ループＪＴＬ構造３２には入力第１の追加ＪＴＬ３２Ａを経由して各フラクソンが供給される。上記閉ループＪＴＬ構造３０は第１の追加ＪＴＬ３２Ｂは上記閉ループ構造３０の直径方向に対向する。
【００７２】
上記入力３２Ａを介して到来するフラクソンは第６図に関連して記述したようなフラクソンおよび反フラクソン対に変換される。閉ループ構造３０の異なった縁部にそって移動しそれゆえ異なった外部磁場をわずかに受ける可能性がある。１個のフラクソンは他のフラクソンに相対的に遅延される。このようにして、これらの２個のフラクソン間に干渉のプロセスを経由してある外部磁場に関連した非均質性を調べることが可能である。
【００７３】
フラクソン生成器は磁場検出器としても使用することができる。このフラクソン生成器はその動作しきい値の少し下、もしくは少し上で一方の側で動作可能である。磁場の印加はフラクソンエネルギーを変化させ、そして動作閾値の（少し上／少し下）の他方の側にフラクソン・デバイスの動作の状態を変化させる。それ故、フラクソン・デバイスは印加磁場によって切り替えされる２状態、双安定化デバイスとして動作する。
〔エンタングルメント（Entanglement）〕
【００７４】
第１１図は概念的なフラクソン・デバイス８０すなわちフラクソン・エンタンギュラ（Fluxon Entangler）を概略的に示している。フラクソン１２はＹ接合３４Ａに向けて送られ、そして異なった方向に移動する２個の同一のフラクソンに分離される。我々はフラクソン−反フラクソン重ねあわせ状態８２を準備して、そしてその状態を接合３４Ａに送ったとする。上記重ねあわせ状態８２は２個の空間的に分離されたフラクソンのもつれた状態８４に変換される。
【００７５】
上記フラクソン・エンタンギュラ８０はフラクソン干渉計７０に非常に類似しているが、このデバイスの動作および目的は異なっている。上記フラクソン・エンタンギュラは量子フラクソンのために設計されている。それ故、上記入力ＪＴＬ３２Ａの幅はジョセフソン貫通の深さよりはるかに小さい。
〔トランジスタ／スイッチ〕
【００７６】
第１２図及び第１２Ｂ図はフラクソン・デバイス９０、すなわちフラクソン・トランジスタあるいはスイッチあるいはスイッチを概略的に例示している。
【００７７】
上記フラクソン・デバイス９０は閉ループＪＴＬ構造３０を備えている。このフラクソン・デバイスは第１の追加ＪＴＬ３２Ａと、閉ループ構造３０の各対向側においてフラクソン入力とフラクソン出力として動作する第２の追加ＪＴＬ３２Ｂを備えている。上記第１および第２の追加ＪＴＬｓ間に、微小不純物９２が配置されている。
【００７８】
フラクソン１２Ａは閉ループ構造３０にトラップされている。上記閉ループ構造３０内のトラップされたフラクソンの位置は印加された磁場によって制御されている。
【００７９】
第１２Ａ図は第１の状態を示している。上記トラップされたフラクソン１２Ａは微小不純物と上記フラクソン出力３２Ｂ間に位置されている。入力フラクソン１２Ｂは閉ループＪＴＬ構造３０を入れるに充分なエネルギーを有していない、そして上記接合３４Ａによって反射される。
【００８０】
第１２Ｂ図は第２の状態を示している。トラップされたフラクソン１２Ａは上記微小不純物と上記フラクソン入力３２Ａ間位置している。入力フラクソン１２Ｂはそれ自体閉ループＪＴＬ構造３０を入れる充分のエネルギーを有していないが、トラップされたフラクソン１２Ｂと組み合わせた場合には充分なエネルギーを有する。かくして組み合わされた１２Ｃは閉ループ構造を横断する。これにより出力フラクソン１２Ｄが生成される。
【００８１】
第１３図はフラクソン伝送ラインを透視図で示している。フラクソン伝送ライン１０は第１図を参照して記述したものと類似した長いジョセフソン接合である。しかしながら、上記フラクソン伝送ラインは摂動（perturbation）領域３を有する。
【００８２】
第１４図は３個の直交する頂点（ｘ、ｙ、ｚ）を定義する座標系１５を含む。上記フラクソン伝送ライン１０はｘ方向の長さ、ｙ方向の幅およびｚ方向の深さである。
【００８３】
あるメカニズム（図示せず）はフラクソン１２を縦方向（＋ｘ）における正味の速度１６で動かすための駆動電流１４を印加する。
【００８４】
上記第１３図に示されるフラクソン伝送ライン１０は第１図において示されるものとフラクソン伝送ライン１０は摂動領域３を有するという点で相違し、かつ磁場Ｂは（図示されない）磁場発生器によって幅方向（ｙ）に印加される点で相違する。
【００８５】
上記摂動領域３を用いてフラクソンのエネルギーを変換する。フラクソンは上記領域３の上流である上流エリア５Ａから移動するので、運動エネルギーのー部がポテンシャル・エネルギーに変換される。次いでフラクソンは摂動領域３から下流のエリア５Ｂへ移動するので、ポテンシャル・エネルギーのある部分もしくはすべてが弾性エネルギーに変換される。上記摂動は下流側のエリア５Ｂにおけるフラクソン５Ｂをして電磁（ＥＭ）波を励起させかつ輻射させる。
【００８６】
印加された磁場Ｂはフラクソン１２の振動の方向を拘束されるので、ＥＭ照射におけるコヒーレンスを維持するように用いることもできる。
【００８７】
この摂動領域３はフラクソン伝送ライン１０の１個以上の特徴が上流および下流領域５Ａ，５Ｂに対して異なっている領域である。上記摂動領域３は縦方向（＋ｘ）において移動するフラクソン１２によって横切っているので、その熱エネルギーは変化する。
【００８８】
上記摂動領域３はフラクソン伝送ライン１０に対する超伝導臨界電流を（上記上流および下流領域５Ａ、５Ｂ）に比べて増加せしめることも可能である。
【００８９】
上記摂動領域３は上記上流および下流領域５Ａ，５Ｂにおけるフラクソン伝送ライン１０の各幅に比べて異なった幅Ｗ２を有することができる。
【００９０】
第１４Ａ図は上記フラクソン伝送ライン１０の幅Ｗにおける離散的なステップ状変化が摂動領域３に対する各境界を画定するフラクソン伝送ライン１０を示している。
【００９１】
第１４Ｂ図は上記フラクソン伝送ライン１０の幅Ｗにおける離散的な漸進的変化が摂動領域３に対する各境界を画定するフラクソン伝送ライン１０を示している。
【００９２】
上記摂動領域３はフラクソン伝送ライン１０の上記上流および下流領域５Ａ、５Ｂに比べて異なった構成部分を有することが可能である。たとえば、上記パータベーション領域３は１個もしくはそれ以上の不純物でドープされ、そして上記領域３は絶縁性フィルム４および／もしくは第１の超伝導層２および／もしくは第２の超伝導層６の厚さの異なったタイプを有することができる。
【００９３】
縦方向における上記摂動領域３のサイズはジョセフソン長より短くすることができる。
【００９４】
上記フラクソン伝送ライン１０の上記下流領域５Ｂによって照射されたＥＭ輻射の周波数は上記下流領域５Ｂの幅によって制御されうる。
【００９５】
フラクソン伝送ライン１０の上記下流領域５Ｂによって照射されるＥＭ輻射の強度は駆動電流の振幅を制御することによって制御することもできる。
【００９６】
第１５図は電磁輻射を引き起こすための摂動領域３を備えた閉ループフラクソン伝送ラインを示している。
【００９７】
摂動領域付のフラクソン伝送ライン、例えば上述したようなフラクソン伝送ラインは、たとえば第９図において示されるリモートセンシング・デバイスにおいて使用することもできる。（第１３図から第１５図に示される）摂動領域付きのフラクソン伝送ライン１０が使用されると、上記ＥＭ輻射はフラクソンの速度にくらべて横方向に照射（放出）される。
【００９８】
本発明の各実施例は種々の例を参照して前記したパラグラフにおいて記述されているけれども、与えられた例に対する変形例は請求された発明の範囲から逸脱することなく実施することが可能である。
【００９９】
本発明の各特徴に注目すべく上述した明細書での努力は特に重要であるものと信ぜられるものの、本出願人は特別な強調をするかどうかは（別として）以前に言及しおよび／もしくは各図面で示される特許可能な特徴あるいは各特徴の組み合わせについて保護を主張することが理解されるべきである。
【図１】
2010509760.tif 000014
【図２】
2010509760.tif 000015
【図３Ａ】
2010509760.tif 000016
【図３Ｂ】
2010509760.tif 000017
【図３Ｃ】
2010509760.tif 000018
【図３Ｄ】
2010509760.tif 000019
【図４Ａ】
2010509760.tif 000020
【図４Ｂ】
2010509760.tif 000021
【図４Ｃ】
2010509760.tif 000022
【図４Ｄ】
2010509760.tif 000023
【図５Ａ】
2010509760.tif 000024
【図５Ｂ】
2010509760.tif 000025
【図６】
2010509760.tif 000026
【図７Ａ】
2010509760.tif 000027
【図７Ｂ】
2010509760.tif 000028
【図８】
2010509760.tif 000029
【図９】
2010509760.tif 000030
【図１０】
2010509760.tif 000031
【図１１】
2010509760.tif 000032
【図１２Ａ】
2010509760.tif 000033
【図１２Ｂ】
2010509760.tif 000034
【図１３】
2010509760.tif 000035
【図１４Ａ】
2010509760.tif 000036
【図１４Ｂ】
2010509760.tif 000037
【図１５】
2010509760.tif 000038
【国際調査報告】
2010509760.tif 000039
2010509760.tif 000040
2010509760.tif 000041
2010509760.tif 000042
2010509760.tif 000043
2010509760.tif 000044