ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ДЖОЗЕФСОНА

Двухзначный вид ВАХ джозефсоновского контакта, а также возможность переключения под действием внешнего магнитного поля привели к идее создания нового логического элемента – туннельного криотрона (рис. 18). Принцип действия прибора основан на переключении туннельного контакта между двумя устойчивыми состояниями V = 0 и , где D –ширина энергетической щели сверхпроводящего материала.

Для управления процессом переключения на туннельный контакт, покрытый диэлектриком, напыляется управляющая сверхпроводящая пленка. Магнитное поле, создаваемое управляющим током I_c, изменяет максимальный джозефсоновский ток I₁. Когда он становится меньше порогового тока, происходит переключение криотрона в состояние с конечным напряжением, равным .

Основной режим работы криотронов в плане обработки и запоминания информации – управление током. Рассмотрим триггерную схему из двух параллельных туннельных криотронов, подключенных к источнику постоянного тока (рис. 19). С помощью соответствующих управляющих токов подводимый к триггеру ток может переключаться от одной ветви сверхпроводящего контура к другой, действуя попеременно на оба джозефсоновских контакта. Таким образом, реализуется бистабильный логический элемент. Различные этапы работы устройства показаны на рис. 20. Рассмотрим сначала тонкопленочный сверхпроводящий контур. При условии полной симметрии ток делится поровну между двумя ветвями контура. Сказанное будет справедливо и в случае двух включенных в цепь (рис. 20, а) идентичных джозефсоновских контактов А и В. Подводимый к устройству ток I₀ разделяется на две части и течет через два параллельных джозефсоновских контакта. Пропустим через управляющий электрод контакта А импульс тока I_ca, магнитное поле которого уменьшит критический ток Джозефсона до величины, меньшей . В результате произойдет переключение контакта А из состояния V = 0 в , т.е. в единственно возможное состояние при токе . Таким образом, из–за появления сопротивления (в контакте А)ток через контакт А уменьшится, а через контакт В – увеличится. Следовательно, происходит перераспределение тока между ветвями триггера. Как только величина тока уменьшится до I_m, контакт А, переключится обратно в джозефсоновское состояние с меньшим значением тока I_m по отношению к первоначальному состоянию (рис. 20, б, в). Даже если импульс управляющего тока прекращается, система останется в этом новом состоянии, которое из–за сохранения потока в сверхпроводящем контуре также является стабильным. Подавая импульс тока на управляющий электрод джозефсоновского контакта В, можно произвести симметричную операцию.

Таким образом, в такой цепи можно переключать ток от одной ветви к другой с помощью внешнего управляющего импульса. Управляющий ток может переключать значительно больший вентильный ток, что весьма важно для работы логической системы малой мощности. Усиление такого устройства определяется отношением переключаемого тока к управляющему току, необходимому для осуществления перехода между состояниями вентиля с нулевым и конечным