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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

関連するディプロマポリシー Related Diploma Policy
時代の課題と社会の要請に応えた専門的知識と技能/Expert knowledge and skills to address the issues of the age and the demands of society
 
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
各回の授業計画は以下のようであるが、進捗状況等に応じて若干その比重や進度は変わることがある。電気磁気学の特に磁界の章が理解されていると講義の理解度が深まる。授業は下記教科書に従っておこなう。(予習1,2)学部で習った「複素数」「複素数平面」「複素数の積」について予め復習しておく。
01.シラバス記載事項の確認。超伝導のもつ不思議な特性について
02.磁束の量子化と秩序パラメータ、永久電流
(予習3-7)「電気回路」のコンデンサとコイルの蓄えるエネルギーの式,LC共振回路の動作について
03.力学のバネを含む系を例に、ニュートンの運動方程式、動特性の取り扱いについて
04.電圧源と電流源のポテンシャルエネルギー
05.磁性体と超伝導体の自由エネルギー
06.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
07.ACジョセフソン効果、超伝導体のオーダーパラメーター、波動関数の干渉効果
(予習8-14)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。C言語等の簡単なプログラミングの準備。
08.超伝導量子干渉計(SQUID)、特にrf-SQUIDの静特性について
09.rf-SQUIDの動特性について講義する。
10.rf-SQUIDの応用回路について講義する。
11.dc-SQUIDの概要について講義する。
12.dc-SQUIDの動特性について講義する。
13.GL方程式の導入について講義する。
14.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12については、基礎的な回路例において,その動作の差分方程式での解析についても説明する。(復習8-14)プログラミングで基本超伝導回路の動作を数値解析する。 なお、予習復習を合わせて各回あたり約4時間の自己学習やプログラミング、数値解析を想定している。
 
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。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数値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。超伝導回路動作の数値計算により、講義の理解がより深まる。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13:30~14:30
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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