Transferring single flux quanta across a Josephson junction at an exactly determined rate has made highly precise voltage measurements possible. Making use of self-shunted Nb-based SINIS junctions, programmable fast-switching DC voltage standards with output voltages of up to 10 V were produced. This development is now extended from fundamental DC measurements to the precise determination of AC voltages with arbitrary waveforms. Integrated RSFQ circuits will help to replace expensive semiconductor devices for frequency control and signal coding. Easy-to-handle AC and inexpensive quantum voltmeters of fundamental accuracy would be of interest to industry. In analogy to the development in the flux regime, metallic nanocircuits comprising small-area tunnel junctions and providing the coherent transport of single electrons might play an important role in quantum current metrology. By precise counting of single charges these circuits allow prototypes of quantum standards for electric current and capacitance to be realised. Replacing single electron devices by single Cooper pair circuits, the charge transfer rates and thus the quantum currents could be significantly increased. Recently, the principles of the gate-controlled transfer of individual Cooper pairs in superconducting A1 devices in different electromagnetic environments were demonstrated. The characteristics of these quantum coherent circuits can be improved by replacing the small aluminum tunnel Junctions by niobium junctions. Due to the higher value of the superconducting energy gap ($\Delta_{Nb}$ = $7\Delta_{Al}$), the characteristic energy and the frequency scales for Nb devices are substantially extended as compared to A1 devices. Although the fabrication of small Nb junctions presents a real challenge, the Nb-based metrological devices will be faster and more accurate in operation. Moreover, the Nb-based Cooper pair electrometer could be coupled to an Nb single Cooper pair qubit which can be beneficial for both, the stability of the qubit and its readout with a large signal-to-noise ratio..
한국초전도학회 1999년도 High Temperature Superconductivity Vol.IX
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pp.147-151
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1999
YBCO step-edge Josephson junction were fabricated on sapphire substrates. The steps were formed on R-plane sapphire substrates by using Ar ion milling with PR masks. The step angle was controlled in the wide range from 25$^{\circ}$ to 50$^{\circ}$ by adjusting both the Ar ion incident angle and the photoresist mask rotation angle relative to the incident Ar ion beam. CeO$_2$ buffer layer and in-situ YBa$_2Cu_3O_{7-{\delta}}$ (YBCO) thin films was deposited on the stepped R-plane sapphire substrates by pulsed laser deposition method. The YBCO film thickness was varied to obtain the ratio of film thickness to step height in the range from 0.5 to 1. The step edge junction exhibited RSJ-like behaviors with I$_cR_n$ product of 100 ${\sim}$ 300 ${\mu}$V, critical current density of 10$^3$${\sim}$ 10$^5$ A/ cm$^2$ at 77 K.
YBaCuO계 초전도체로 자기 센서를 제작하였다. 초전도 자기 센서는 약 95K에서 초전도 특성이 나타나며 액체질소온도에서 외부 자계를 인가할 때 전기저항이 증가하였다. 자계 인가로 인해 센서에서 발생되는 전압강하는 0에서부터 $100{\mu}V$이상으로 변화하였다. 전기저항의 변화는 자계에 의존하며, 센서의 감도는 2.9 ohm/T가 된다. 이 센서는 약 $1.5{\times}10^{-5}T(=1.5{\times}10^{-1}G)$까지의 자기를 감지 할 수 있다. 외부자계에 의한 전기저항의 증가는 초전도재료를 관통하는 자속으로 인한 Josephson 접합의 변화에 기인한다.
Electrical transport properties were measured on $SmFeAsO_{0.85}$ single crystals along the c-axis for various temperatures and magnetic fields. For the measurements a mesa structure was fabricated on the surface of the single crystals. Samples showed a metallic temperature dependence of resistance and current-voltage curves without hysteretic multiple branch splitting that is usually observed in tunneling Josephson junctions. In addition, in ab-planar magnetic fields, samples did not show the Fraunhofer-type field modulation of the critical current. All these features indicate that the c-axis transport characteristics of $SmFeAsO_{0.85}$ single crystals are explained by the anisotropic bulk superconductivity rather than Josephson tunneling.
Kim, B.K.;Yu, K.K.;Kim, J.M.;Kwon, H.;Lee, S.K.;Lee, Y.H.
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제22권4호
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pp.62-66
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2020
We fabricated superconducting quantum interference devices (SQUIDs) based on Nb Josephson junctions, and characterized the key parameters of the SQUIDs. The SQUIDs are double relaxation oscillation SQUIDs (DROSs) having larger flux-to-voltage transfer coefficient than the standard DC-SQUIDs. SQUID sensors were fabricated by using Nb junction technology consisted of a DC magnetron sputtering and a conventional photolithography process. In multichannel SQUID systems for whole-head magnetoencephalography measurement with a helmet-type SQUID array, we need about 336 SQUID sensors for each system. In this paper, we fabricated a few hundred SQUID sensors, measured the critical current, flux modulation voltage and decided if each tested SQUID can be used for the multichannel systems. As the criterion for the acceptance of the sensors, we chose the critical current and amplitude of the modulation voltage to be 8 ㎂ and 80 ㎶, respectively. The average critical current of the SQUIDs was 10.58 ㎂. The typical flux noise of the SQUIDs with input coil shorted was 2 μΦ0/√Hz at white region.
The effect of annealing step-edges of LaAlO$_3$ and MgO single crystal substrates on YBa$_2$Cu$_3$O$_{7}$ junction has been studied. The step-edge was fabricated by argon ion milling and was annealed at 105$0^{\circ}C$ in 1 attn oxygen pressure. We compared AFM image near step-edge of the substrates between before and after annealing process. And YBa$_2$Cu$_3$O$_{7}$ thin film was deposited on the step-edge by a standard pulsed laser deposition. The step-edge junctions were characterized by current-voltage curves at 77 K. The annealing of step-edges of MgO substrate improved the current-voltage characteristic of Josephson junction: double steps in the current-voltage characteristic disappeared. However the annealing for LaAlO$_3$ did not improve the junction property.rty.
한국초전도학회 1999년도 High Temperature Superconductivity Vol.IX
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pp.260-260
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1999
We compared c-axis tunneling characteristics of small stacked intrinsic Josephson junctions prepared on the surface of pristine, I-, and HgI$_2$-intercalated Bi$_2Sr_2CaCu_2O_{8+x}$ (Bi2212) single crystals. The R(T) curves are almost metallic in I-Bi2212 specimens, but semiconducting in HgI$_2$-Bi2212 ones.· The transition temperatures were 82.0 K, 73.0 K, and 76.8 K for pristine Bi2212, I-Bi2212, and HgI2-Bi2212 specimens, respectively, consistent with p-T$_c$ phase diagram. Current-voltage (IV) characteristics of both kinds of specimens show multiple quasiparticle branches with well developed gap features, indicating Josephson coupling is established between neighboring CuO$_2$ planes. The critical current I$_c$ of I-Bi2212 is almost the same as of that of pristine crystals, but I$_c$ is much reduced in Hgl$_2$-Bi2212. In spite of expanded interlayer distances, the interlayer coupling is not significantly affected in I-Bi2212due to holes generated by iodine atoms. The coupling in HgI$_2$-Bi2212 is, however, weakened due to inertness of HgI$_2$ molecules and the expansion of interlayer distance. Relation between the superconducting transition temperature T$_c$ and the critical current I$_c$ seems to contradict Anderson's interlayer-pair-tunneling theory but agree with a modified version of it.
Kim, Nam-Hee;Kim, Bum-Kyu;Kim, Hong-Seok;Doh, Yong-Joo
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제18권4호
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pp.5-8
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2016
We report on the fabrication and measurement results of the electrical transport properties of superconductor-normal metal-superconductor (SNS) weak links, made of PbIn superconductor and Au metal. The maximum supercurrent reaches up to ${\sim}6{\mu}A$ at T = 2.3 K and the supercurrent persists even at T = 4.7 K. Magnetic field dependence of the critical current is consistent with a theoretical fit using the narrow junction model. The superconducting quantum interference device (SQUID) was also fabricated using two PbIn-Au-PbIn junctions connected in parallel. Under perpendicular magnetic field, we clearly observed periodic oscillations of dV/dI with a period of magnetic flux quantum threading into the supercurrent loop of the SQUID. Our fabrication methods would provide an easy and simple way to explore the superconducting proximity effects without ultra-low-temperature cryostats.
본 연구에서는 금속 칼날 마스크와 펄스형 레이저 증착장치를 이용하여 $YBa_2Cu_3O_{7-\delta}$/$SrTiO_{3}$/$YBa_2Cu_3O_{7-\delta}$ 다층박막 형태의 In-situ SIS ramp dege 형태의 접합을 제작하였으며, 이의 특성을 조사하였다. 접합은 RSJ 형태의 전류-전압 특성ㅇ르 나타내고 있으며, 온도 변화에 따른 접합의 normal resistance는 약 $18 \omega$으로 온도에 무관하게 일정한 값을 나타내었다. 접합형태를 이용하여 감도(transfer function, dV/$d\Phi$)가 약 $22\mu$V/$\Phi_{0}$인 dc-SQUID센서를 제작하였으며, in-situ SIS ramp edge 형태의 접합이 센서로의 응용가능성을 충분히 가지고 있음을 보여 주었다.
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