Static characteristics of Josephson interferometers
Creators
- 1. International Business Machines Corp., Zurich (Switzerland). Research Lab.
Description
This investigation deals with the range in operating currents for which a Josephson interferometer (SQUID) may remain in the zero-voltage Josephson condition. Two types of current are considered. Gate current Isub(g) passes the junctions in parallel. Control current Isub(c) generates magnetic flux via inductive coupling in the loops. Zero-voltage operation is possible within certain areas of the Isub(g), Isub(c) plane. These areas are manifestations of flux-quantum states and their boundary lines are referred to as static characteristics. To obtain the static characteristics, linearized equations may be utilized if the LIsub(o) product, a measure for the size of an interferometer, is large compared to the flux quantum PHIsub(o), where L is the inductance per loop, and Isub(o) the maximum Josephson current per junction. As a general method of solving system of transcendental equations, continuation is discussed. The utilization of continuation for obtaining interferometer characteristics is explained. It is shown that some changes in the gate-current feed arrangement are equivalent to shearing the characteristics in the Isub(g), Isub(c) plane. Analytical results are given on extrema, inflexion points, and singularities in the shape of cusps which conceptually relate to the existence and connectivity of flux-quantum states. Experimental static characteristics are presented on two- and four junction interferometers. They are in agreement with characteristics computed on the basis of simple lumped circuit models. Relevant circuit parameters are obtained from the experimental characteristics. (orig.)
Abstract (German)
Es wird der Bereich von Betriebsstroemen untersucht, bei dem ein Josephson-Interferometer (SQUID) im Nullvolt-Josephson-Zustand verbleiben kann. Zwei Stromarten werden hier untersucht. Der Torstrom Isub(g) durchlaeuft die Kontakte parallel. Der Steuerstrom Isub(c) erzeugt magnetische Stroeme ueber die induktive Kopplung in den Schleifen. Der Nullvoltbetrieb ist in bestimmten Bereichen der Isub(g), Isub(c)-Ebene moeglich. In diesen Bereichen sind die Flussquant-Zustaende erkennbar, und ihre Grenzlinien werden als statische Charakteristika bezeichnet. Zu ihrer Ermittlung koennen linearisierte Gleichungen benuetzt werden, wenn das Produkt LIsub(o), eine Einheit zur Groessenbestimmung eines Interferometers, gross ist im Vergleich zum Flussquant PHIsub(o), wobei L die Induktanz pro Schleife und Isub(o) den maximalen Josephsonstrom pro Kontakt beschreiben. Als eine generelle Methode zur Loesung eines Systems von transzendentalen Gleichungen wird die Fortsetzung diskutiert, und es wird die Anwendung dieser Methode zur Bestimmung von Interferometerkennlinien erlaeutert. Es wird gezeigt, dass einige Aenderungen im Feedarrangement fuer den Torstrom dazu geeignet sind, eine Scherung der Charakteristika in der Isub(g), Isub(c)-Ebene herbeizufuehren. Analytische Ergebnisse ueber Extrema, Inflexionspunkte und Singularitaeten bei der Anbildung der Spitzen, die konzeptuell die Existenz und den Zusammenhang von Flussquant-Zustaenden aufzeigen. Fuer Interferometer mit zwei und mit vier Kontakten werden experimentell emittelte statische Kennlinien angegeben. Diese stimmen ueberein mit Kennlinien, die anhand von einfachen Stromkreismodellen mit konzentrierten Schaltelementen berechnet wurden. Die relevanten Stromkreisparameter wurden aus den experimentellen Kennlinien ermittelt. (orig.)Additional details
Publishing Information
- Journal Title
- Appl. Phys.
- Journal Volume
- 16
- Journal Issue
- 4
- Series
- Appl. Phys.
- Journal Page Range
- 317-338
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 10422451
- Subject category
- S71: CLASSICAL AND QUANTUM MECHANICS, GENERAL PHYSICS;
- Descriptors DEI
- JOSEPHSON JUNCTIONS; MAGNETIC FLUX; MATHEMATICAL MODELS; SQUID DEVICES
- Descriptors DEC
- ELECTRONIC EQUIPMENT; FLUXMETERS; MEASURING INSTRUMENTS; MICROWAVE EQUIPMENT; SEMICONDUCTOR JUNCTIONS; SUPERCONDUCTING DEVICES