КРИОТРОН ВОЛКОВА НА ОСНОВЕ АНИЗОТРОПНОГО МОНОКРИСТАЛЛА Российский патент 1995 года по МПК H01L39/16 

Изобретение относится к криоэлектронике, в частности к сверхпроводящим размыкателям многократного действия, и может быть использовано для коммутации токов и создания логических схем в сверхпроводниковой микроэлектронике.

Известен криотрон Волкова на основе монокристалла металлооксидного сверхпроводника с анизотропией проводимости и критических значений плотности тока и напряженности магнитного поля во взаимно перпендикулярных направлениях, содержащий контакты цепи управления, замыкающие ток через направление с максимальным значением критических параметров сверхпроводника, и контакты вентильной цепи, замыкающие управляемый ток через направление с минимальным значением критических параметров [1]
Однако известный криотрон имеет одну пару контактов цепи управления, что не позволяет использовать его в логических схемах, часто необходимых для обработки сигналов в криоэлектронике.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей за счет использования в логических схемах.

Указанная цель достигается тем, что в криотроне на основе анизотропного монокристалла металлооксидного сверхпроводника, содержащем контакты вентильной цепи, замыкающие ток через направление с минимальным значением критических параметров сверхпроводника, и контакты цепи управления, замыкающие ток через направление с максимальным значением критических параметров, на монокристалле расположена по меньшей мере одна дополнительная пара контактов цепи управления.

Именно наличие дополнительных управляющих контактов у предложенного криотрона обеспечивает возможность выполнения этим устройством различных логических операций, т.е. расширяет функциональные возможности криотрона.

На чертеже изображен предлагаемый криотрон.

Криотрон выполнен на основе монокристалла 1, содержащего две пары контактов цепей управления 2 и 3, а также контакты 4 управляемой вентильной цепи. Монокристалл 1 является сильно анизотропным высокотемпературным сверхпроводником состава, например, Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+x. Принцип его работы как переключателя описан в [1]
Рассмотрим работу криотрона в качестве логического элемента.

П р и м е р 1. Логический элемент НЕ-И (штрих Шеффера). При отсутствии управляющих сигналов криотрон "открыт" (находится полностью в сверхпроводящем состоянии) и управляемый (вентильный) ток I_вент. течет без потерь через контакты 4. Амплитуда управляющих сигналов в данном случае задается равной половине от необходимой для перевода вентильной цепи (ось ) в нормальное состояние. Поэтому появление на контактах 2 или 3 (по отдельности) сигналов I_упр.-1 или I_упр.-2 не приводит к изменению состояния вентильной цепи. И только при сложении управляющих сигналов происходит подавление сверхпроводимости по оси , ток I_вент. может быть отключен (переброшен в другую сверхпроводящую ветвь). При этом сохраняется двухмерная сверхпроводимость в цепях управления в соответствии с работой криотрона по [1] Таким образом, вентильный ток в данном примере является функцией от двух входных сигналов. Применяя обозначения "0" и "1", запишем показатель истинности для функции НЕ-И I_упр.-1 0 0 1 1 I_упр.-2 0 1 0 1 I_вент. 1 1 1 0
П р и м е р 2. Логический элемент НЕ-ИЛИ (стрелка Пирса). В этом случае величина любого отдельного управляющего сигнала достаточна для подавления в монокристалле трехмерной сверхпроводимости до двухмерной "выключение" направления . Показатель истинности для функции НЕ-ИЛИ принимает вид I_упр.-1 0 0 1 1 I_упр.-2 0 1 0 1 I_вент. 1 0 0 0
Таким образом, предлагаемый криотрон имеет расширенные функциональные возможности для использования в логических схемах, поскольку без каких-либо изменений может работать в виде разных логических элементов. Приведенные в примерах 1 и 2 элементы являются функционально полными, т.е. при помощи каждого из них могут быть получены любые основные логические элементы И, ИЛИ, НЕ, а следовательно, построены любые сложные логические схемы.

Использование: размыкатели многократного действия, логические схемы. С целью расширения функциональных возможностей за счет использования в логических схемах в криотроне на основе анизотропного монокристалла металлооксидного верхпроводника, содержащем контакты вентильной цепи, замыкающие ток через направление с минимальным значением критических параметров сверхпроводника, и контакты цепи управления, замыкающие ток через направление с максимальным значением критических параметров, предлагается располагать на монокристалле по меньшей мере одну дополнительную пару контактов цепи управления. 1 ил.

Криотрон на основе анизотропного монокристалла металлоксидного сверхпроводника, содержащий контакты вентильной цепи, замыкающие ток через направление с минимальным значением критических параметров сверхпроводника, и контакты цепи управления, замыкающие ток через направление с максимальным значением критических параметров, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет использования криотрона в логических схемах, на монокристалле расположена по меньшей мере одна дополнительная пара контактов цепи управления.