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 授業科目
 Course Title
量子エレクトロニクス
Quantum Electronics
 担当者
 Instructor
教授   中山 明芳  後学期 火曜日4時限
 単 位
 Credit
2

到達目標 Target to be Reached
本講義の到達目標は、受講生が(1)超伝導体の種々の特徴を理解すること。(2)これまで勉強した電気磁気学と電気回路の知識を活かして、超伝導を使った量子干渉計(Superconducting Quantum Interference Device:SQUID)の基礎特性を理解することである。(3)超伝導記憶回路についても基本的回路から学習する。
 
授業内容 Course Content
超伝導体は電気抵抗の消失や完全反磁性等不思議な性質を示す。超伝導体は、脳磁界や心臓磁界測定用の高感度な磁束計への応用や、高速な信号処理回路への応用を有する。本講義「量子エレクトロニクス」では、下記の教科書を使用し、この超伝導の不思議な特性と、超伝導量子干渉計、超伝導回路について学ぶ。超伝導量子干渉計等の基本的な超伝導回路についても等価回路を勉強し、回路動作について静特性と動特性の簡単な解析をする。
 
授業計画 Course Planning
各回の授業内容は以下のようであるが、進捗状況に応じて若干その比重は変わることがある。電気磁気学の磁界の章が理解されていると講義の理解度が深まる。
(予習1,2)既に学部で習った「複素数」について復習してあると理解が深まる。
授業1)シラバス記載事項確認。超伝導のもつ不思議な特性について講義する。
授業2)磁束の量子化と秩序パラメータ、永久電流について講義する。
(予習3-7)既に学部で習った「電気回路」のコンデンサとコイルの蓄えるエネルギーについて復習しておく。
授業3)力学を例に動特性の取り扱いについて講義する。
授業4)電圧源と電流源のポテンシャルエネルギーについて講義する。
授業5)磁性体と超伝導体の自由エネルギーについて講義する。
授業6)超伝導体を使ったサンドイッチ接合のdcジョセフソン効果について講義する。
授業7)超伝導体のオーダーパラメーター波動関数の干渉効果と超伝導量子干渉計(SQUID)について講義する。
(予習8-15)大学講義の「力学」と「電気回路」について復習してあると理解が深まる。
授業8)rf-SQUIDの静特性について講義する。
授業9)rf-SQUIDの動特性について講義する。
授業10)rf-SQUIDの応用回路について講義する。
授業11)dc-SQUIDの概要について講義する。
授業12)dc-SQUIDの静特性について講義する。
授業13)dc-SQUIDの動特性について講義する。
授業14)GL方程式の導入について講義する。
授業15)GL方程式で使われる変分法について講義する。
以上の授業3から授業13については、基礎的な回路例題でその動作の差分方程式での解析を課題とするので、C言語等なんらかの計算機言語が使えると、超伝導回路動作の数値計算ができて講義の理解がより深まる。
 
授業運営 Course Management
下記教科書に従い、授業計画に示した重要な事項を、電気磁気学と電気回路の基礎から説明する。また、授業において適宜教科書を追加する。電気磁気学と電気回路の復習ができていることが望ましい。簡単な超伝導素子および超伝導回路の回路解析のシミュレーションもおこなう。C言語等なんらかの言語の簡単なプログラミングができると良い。簡易にエクセル等のソフトウェアを使った解析ができることも望ましい。超伝導体を含む超伝導回路を題材にして数値解析し、その結果をレポートで報告してもらう。
 
評価方法 Evaluation Method
超伝導体の特性と、超伝導体を使った回路の動作を理解し、回路特性の簡単なシュミレーション等ができるようになることが望ましい。この観点からの問題演習の課題レポートを課す。超伝導素子および回路を理解し、さらに基本回路の数値シュミレーションができているかどうかにより成績を評価する。
 
オフィスアワー Office Hour (s)
火曜日12:30~13:00
授業開始前、終了後にも質問を受け付けます。
 
使用書 Textbook (s)
中山明芳『超伝導エレクトロニクス入門』[電子情報通信学会]2003


 
 
 
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