Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Криотрон (1959)
Относительно газонаполненной трубки см. Krytron .

Криотрон является переключателем , который работает с использованием сверхпроводимости . [1] Криотрон работает по принципу, согласно которому магнитные поля разрушают сверхпроводимость. Это простое устройство состоит из двух сверхпроводящих проводов (например, тантала и ниобия) с разной критической температурой (Tc). Криотрон был изобретен Дадли Алленом Баком из лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института.

Как описано Баком [2], прямая танталовая проволока (имеющая более низкую Тс) намотана на проволоку из ниобия в однослойную катушку. Оба провода электрически изолированы друг от друга. Когда это устройство погружено в жидкий гелийВ ванне оба провода становятся сверхпроводящими и, следовательно, не оказывают сопротивления прохождению электрического тока. Тантал в сверхпроводящем состоянии может переносить большой ток по сравнению с его нормальным состоянием. Теперь, когда ток проходит через ниобиевую катушку (намотанную на тантал), он создает магнитное поле, которое, в свою очередь, снижает (убивает) сверхпроводимость танталовой проволоки и, следовательно, уменьшает количество тока, который может протекать через танталовую проволоку. Следовательно, можно контролировать количество тока, который может течь в прямом проводе, с помощью небольшого тока в спиральном проводе. Мы можем рассматривать танталовую прямую проволоку как «ворота», а свернутый в спираль ниобий как «контроль».

В статье Бака [2] описаны несколько логических схем, реализованных с использованием криотронов, в том числе: одна ступень двоичного сумматора, схема переноса, ступень двоичного накопителя и две ступени шагового регистра криотрона.

Планарный криотрон, использующий тонкие пленки из свинца и олова, был разработан в 1957 году Джоном Бремером в лаборатории General Electric в Скенектади, штат Нью-Йорк . Это была одна из первых интегральных схем , хотя в ней использовались сверхпроводники, а не полупроводники . В последующие несколько лет был изготовлен демонстрационный компьютер и эксплуатировались массивы из 2000 устройств. Краткая история этой работы находится в ноябрьском 2007 г. информационном бюллетене Исторического центра IEEE. [3]

Юри Матисоо [4] разработал вариант криотрона с джозефсоновским переходом.переключается магнитным полем от управляющего провода. Он также объяснил недостатки традиционных криотронов, в которых сверхпроводящий материал должен переходить между сверхпроводящим и нормальным состояниями для переключения устройства и, таким образом, переключаться относительно медленно. Криотрон Матису переключался между проводящим состоянием, в котором происходило «парное туннелирование» электронов через затвор, и «резистивным» состоянием, когда только отдельные электроны могли туннелировать. Схема была (как и традиционный криотрон) способной к некоторому усилению (т.е. усилению больше единицы), имела скорость переключения менее 800 пикосекунд. Хотя требование криогенного охлаждения ограничивало его практичность, только в конце 2010-х коммерческие транзисторы приблизились к тому, чтобы соответствовать этим характеристикам.

Были периоды возобновления интереса к различным типам криотронов, IBM экспериментировала с их использованием для ограниченных приложений в суперкомпьютерах в течение 1980-х годов, и (по состоянию на 2020 год) было проведено некоторое исследование их потенциальных приложений как для ввода-вывода, так и для логики в прототипе. квантовые компьютеры.

История [ править ]

  • Декабрь 1953 г. Переключатель с магнитным управлением предлагается в записной книжке Дадли Аллена Бака .
  • Июль 1955 г. Заявка Дадли А. Бака на патент США 2 832 897 магнитно-управляемый стробирующий элемент.
  • Август 1955 г. Меморандум лаборатории Линкольна 6M-3843 Криотрон - сверхпроводящий компьютерный компонент
  • 1956 г. - Система памяти каталога криотронов, автор - Эл Слейд и Ховард МакМахон.
  • 1957 г. Заявка Джеймса В. Кроу на патент США 3 100 267 сверхпроводящих стробирующих устройств.

Наследие [ править ]

Cyrotron принес Баку ряд интервью с различными информационными агентствами того времени, международную научную известность, и, хотя работа не пережила смерть Бака, многие методы исследования устройства будут использоваться Intel и другими производителями микросхем и в исследованиях других, более современных и интерактивных компьютеров, особенно в Массачусетском технологическом институте .

Ссылки [ править ]

  1. ^ Роуз-Иннес, AC; Э. Х. Родерик. Введение в сверхпроводимость . Международная серия по физике твердого тела. 6 (2-е изд.). Пергамон. п. 45.
  2. ^ a b Бак, DA (1956). «Сверхпроводящий компьютерный компонент Криотрон-А». Труды ИРЭ . 44 (4): 482–493. DOI : 10.1109 / JRPROC.1956.274927 . S2CID 51633331 . 
  3. ^ Бремер, Джон (2007). «Изобретение сверхпроводящей интегральной схемы» (PDF) . Информационный бюллетень исторического центра IEEE . 75 : 6–7. Архивировано из оригинального (PDF) 22 июля 2012 года . Проверено 31 января 2013 .
  4. ^ Matisoo, Юри (1967). «Туннельный криотрон - сверхпроводящий логический элемент, основанный на туннелировании электронов». Труды IEEE . 55 (2): 172–180. DOI : 10.1109 / PROC.1967.5436 .

Оксфордский научный словарь, 4-е издание, 1999 г., ISBN 0-19-280098-1 .