回路量子電磁力学を用いた超低損失マイクロ波サーキュレータの開発

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オンチップマイクロ波サーキュレータの実現に向けて、超伝導回路の設計・作製・評価を行った。本年度は、先行研究で提案されたサーキュレータ回路のチューニングノブ不足の課題の解決に取り組んだ。新たな回路方式として、共振器間の直接結合を追加したサーキュレータ回路を提案し、デバイスの設計・作製を行った。しかし、極低温でのマイクロ波測定の結果、微弱な非相反性が観測されるものの3つのポート間で応答が異なり、提案手法の回路動作が実現されていないことがわかった。その原因はサーキュレータの中心的素子であるジョセフソンリングを構成するジョセフソン接合が均一に作製できていないためと考えられた。この問題を解決するため、試料を120度ずつ回転させながら3つのジョセフソン接合を個別に形成する「60度交差型ジョセフソン接合」の作製に取り組んだ。60度交差型は、電子線レジストにひび割れが発生しやすいパターン形状が避けられず、ジョセフソン接合の歩留まりが悪化する問題に直面した。この影響を軽減するパターン設計について試行を繰り返し、従来手法と同等の歩留まりを実現した。60度交差型ジョセフソン接合を用いてサーキュレータ回路作製し、極低温におけるマイクロ波反射・透過特性の評価を行ったところ、3つのポート間で対称的な応答が得られ、最大10dB程度の非相反性が観測された。理論的に予測される2次元ゲート電圧依存性などと合わせて、サーキュレータ回路が提案手法の原理に基づいて動作していることが示された。