Квантрон

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<111991509

Сююэ Саветсних

Социалистических

Республик (61)Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 180681 (21) 3301271/18-24 (Уф) М gg 3 с присоединением заявки HP —(23) G 11 С 11/14

Государственный комитет

СССР ио дедам изобретений и открытий

ПриоритетОпубликовано < 2301.83. Бюллетень М 3 (%3) УДК 681. 327.6 (088.8) Дата опубликования описания 2501,83

П.A. Бахтин, A.A. Зубков, В.И. Махов.".и А.Н. Самусь ,/ (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) KBAHTPOH

Изобретение относится к микроэлектронике и вычислительной технике, в частности, к переключазельным элементам на эффекте Джозефсона, и может быть использовано в вычиалнтельных системах.

Известен переключательный элемент, названный впоследствии параметрическим квантроном, который содержит замкнутый сверхпроводащнй контур с .включенным в него джозефсоновскнм переходом, нндуктивно связанные с контуром управляющие шины, а также шину управления, прйлегающую к джозефсоновскому переходу и образующую с ним крнотрон. Индуктивность контура и критический ток перехода выбираются таким образом, что захваченный магнитный поток в отсутствие внешнего магнитного поля может принимать либо нулевое значение (состояние "0") либо значение, близкое к квантуг.магнитного потока фо 2 10 сй (состояние "1")„Параметрический квантрон может служить универсальным элементом памяти и логики (1).

Недостатком параметрического . квантрона является сложность реали зации этого элемента. Это связано с наличием в контуре криотрона, для управления которым необходимо, чтобы в образующем криотрон джозефсоновс. ком контакте при подаче тока в шину управления наводился магнитный поток порядка фо . Это возможно, если индуктивность вентиля криотрона имеет величину, сравнимую с величиной индуктивности самого контура. Это условие накладывает жесткие ограничения на геометрические размеры и конструкцию параметрического квантрона. Кроме того, время переключения параметрического квантрона ограничено временем переключения самого

15 криотрона.

Известен квантрон, содержащий замкнутый сверхпроводящий контур с включенньве s него джозефсоновским контактом и индуктивно связанные с контуром шины управления.

Указанный квантрон отлйчается от параметрического квантрона тем, что вместо криотрона он соцержит сосредоточенный джозефсоновский контакт. Отсутствие криотрона снимает все ограничения, присущие параметрк-ческому квантрону. Квантрон, как элемент памяти, широко используется при изготовлении интегральных

ЗО сверхпроводннковых схем 1.2).

991509

Недостатком указанного йвантрона является то, что для его переключения необходимо подавать на управляющие шины импульсы тока с амплитудой, сравнимой с максимальным циркулирующим в нем током. Это исключает воз- 5 можность непосредственного управлеч ния одного элемента сигналом, считанным с другого такого же элемента.

Это обстоятельство не позволяет организовать на квантронах какие« либо логические схемы, что снижает функциональные возможности квантрона.

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей 15 квантрона за счет выполнения логических операций. указанная цель достигается тем, что в контур включен дополнительный сосредоточенный джозефсоновский кон» щ такт с которым гальванически связана дополнительная шина управления.

На фиг.1 представлена электрическая схема предлагаемого элемента," на фиг.2 - зависимость внутреннего магнитного потока ф в квантроне от внешнего магнитного потока ФЕ, прк различных значениях тока управления 1.

Квантрон содержит элемент памяти, выполненный в виде замкнутого сверхпроводящего контура 1 с включенным в него сосредбточенным джозефсоновским контактом 2, индуктивно связанные с контуром входные шины 3 и шину смещения 4, дополнительный сосредоточенный джоэефсоновский контакт

5 и гальванически соединенные с нкм шины управления б.

Квантрон работает следующим образом. 40

Через шину 4 смещения пропускается постоянный ток смещения, обеспечивающий магнитный поток в контуре величиной фо/2. Исходному состоянию элемента при этом соответствуют два эна- 45 чения внутреннего магнитного потока, близкие к 0 и фО(точки A и В кривой

1, фиг.2). Точка А соответствует состоянию логический "0". точка В— состоянию логическая "1", Для переклю-5О чения элемента из состояния А в состояние В по шине б управления на джозефсонавсккй контакт 5 подается ток, близкий к критическому току джозефсоновского контакта 5. При этом разность фаз на джозефсоновском контакте

5 близка к Ь/2, а в контуре наводится дополнительный циркулирукщкй ток.

Направление тока в шине б выбирается таким образом, чтобы дополнительный магнитный поток совпадал по знаку ВЕ с потоком смещения ф /2. На фиг.1 в шинах 4 и 6 стрелками показаны направления токов для этого случая. . Ток управления вызывает смещение одновременно и по внутреннему потоку d$ (й /2), поскольку он жестко связан с фазой на втором контакте, и по внешнему потоку вследствие дополнительного наведенного циркулирующего тока.

В результате кривая 1 сдвигается так, что теперь зависимость внутреннего магнитного потока от внешнего описывается кривой 2.

Для переключения квантронов в одну или несколько входных шин подает ся входной.ток (это может быть выходной сигнал с аналогичного квантрона), который наводит дополнительный магнитный поток, так что состоянию квантрона соответствует точка A на кривой 2. Поскольку это состояние является неустойчивым, то квантрон самопроизвольно перейдет в состояние когда внутренний магнитный поток

t близок к 4о (состояние В на кривой

2). При выключении тока управления состоянию квантрона соответствует точка В на кривой 1, таким образом квантрон оказался в состоянии логическая "1".Чтобы снова перевести квантрон в состояние логический "0" надо на шину управления подать ток обратной полярности. При этом состояние квантрона описывается кривой 3. Переключение "1" в "0" аналогично описанному выше переключению "0" в "1" (показано на фиг.2 стрелками MC C A).

Поскольку шина управления б связана с контуром гальванически, то ток управления вводится в контур непосредственно, т.е. инжектируется, Поэтому естественно назвать указанный элемент инжекционным квантроном.

Гальваническая связь в данном случае используется потому, что кндуктивно связаться с контуром малых размеров и соответственно малой индуктивности весьма сложно. Кроме аого, гальваническая связь позволяет изготовить шины управления и сам сверхпроводящий контур в одном слое, что значительно упрощает технологию изготовления таких приборов.

Кривые 1-3 (фиг,2) и процессы переключения рассчитаны для следующих параметров: отношения критических токов Jcz(Зсл =5, ток управления

2=4 cq(кривая 2), 1=4 3c„(кривая 3) .

Выходной сигнал с предлагаемого элемента может быть передан на другие такие же элементы, поскольку как и в случае параметрического квантрона, величина входного сигнала переключающего элемент, может быть значительно меньше величины выходного сигнала. Это означает, что коэффициент усиления такого элемента может быть осуществлен больше единицы и поэтому на его основе возможна организация любых логических схем. В соответствии с расчетами величина коэффициента усиления опре991509 формула изобретения

1 ° ° ° деляется отношением критйческих то- . ков контактов >< f 3 „ и током управ. ления Э и может достйгать 5 при

Эс f Эс . =5.

Выбор критических токов контактов и тока управления определяется сле- 5 дующим образом.

Необходимо, чтобы при подаче тока управления кривые 2 и 3 были максимально адвинуты .относительно кривой

1. Это достигается при условии, ес- 10 ли ток управления близок к .критичес° кому току второго контакта. При этом необходимо, чтобы циркулирующие в контуре токи мало влияли на состояние второго контакта, тогда положение кривых 2 и 3 будет фиксировано. Для эвого необходимо, чтобы ток управления и критический ток второго контакта были существенно больше циркулирующих токов, величина которых определяется критическим током первого контакта. Поэтому должны выполняться следующие условия.

Предлагаемое изобретение может найти применение при создании сверхпроводящих элементов 3BN. Квантрон может быть использован одновременно как элемент памяти, так и элемент логики при.создании вычислительных систем.

Квантрон, содержащий элемент па мяти, выполненный в виде шины сверхпроводника, джозефсоновский контакт и индуктивно связанные с шиной сверхпроводника шины управления, первый вывод джозефсоновского контакта соединен с первым концом шины сверхпроводника, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет выполнения логических операций, он . содержит дополнительный джозефсоновский контакт, первый вывод которого подключен к второму выводу основ ного джозефсоновского контакта, а второй вывод - к второму концу шины сверхпровадника, причем первый и второй выводы дополнительного джозефсоновсиого контакта являются входами квантрона.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 539333, кл. G 11 С 11/14, опублик.

1975.

2. ПатентСША Ю 3705393, кл. 340-173.1, опублик. 1972 (рото» тип).

991509 (Щ Составитель В. Теленков

Редактор Н. Гунько Техред M.Ãåðãåëü Корректор Е. Роапсо

° Ь М

Заказ 146/71 Тирам 592, Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

ФВ ° В ° юеееееавееееве

Филиал ППП "Патент"., г. Уагород, ул. Проектная, 4