Криотрон - Cryotron
В криотрон это переключатель, который работает с использованием сверхпроводимость.[1] Криотрон работает по принципу: магнитные поля разрушить сверхпроводимость. Это простое устройство состоит из двух сверхпроводящих проводов (например, тантала и ниобия) с разной критической температурой (Tc). Изобрел криотрон Дадли Аллен Бак Лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института.
Как описал Бак,[2] прямой провод тантал (имеющий более низкую Тс) оборачивается проволокой из ниобий в однослойной катушке. Оба провода электрически изолированы друг от друга. Когда это устройство погружено в жидкость гелий В 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 по прямому проводу, с помощью небольшого тока в спиральном проводе. Мы можем рассматривать танталовую прямую проволоку как «ворота», а свернутый в спираль ниобий как «контроль».
Статья Бака[2] включает описание нескольких логических схем, реализованных с использованием криотронов, включая: один каскад двоичного сумматора, схему переноса, каскад двоичного накопителя и два каскада шагового регистра криотрона.
Планарный криотрон с использованием тонких пленок из свинца и олова был разработан в 1957 г. Джоном Бремером в г. General Electric Лаборатория общего машиностроения в Скенектади, Нью-Йорк. Это был один из первых интегральные схемы, хотя с использованием сверхпроводников, а не полупроводники. В последующие несколько лет был изготовлен демонстрационный компьютер и эксплуатировались массивы из 2000 устройств. Краткая история этой работы содержится в информационном бюллетене IEEE History Center за ноябрь 2007 г.[3]
Юри Матисоо[4] разработал вариант криотрона с Джозефсоновский переход 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 (то есть 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
- Декабрь 1953 г. Предлагается переключатель с магнитным управлением. Дадли Аллен Бак ноутбук.
- Июль 1955 г. Заявка Дадли А. Бака на патент США. 2,832,897 Элемент затвора с магнитным управлением
- Август 1955 г. Лаборатория Линкольна Меморандум 6М-3843Криотрон - сверхпроводящий компьютерный компонент
- 1956 Система памяти каталога криотрона[постоянная мертвая ссылка ] Аль Слейд и Ховард МакМахон
- 1957 г. Заявка Джеймса В. Кроу на патент США. 3,100,267 Сверхпроводящие стробирующие устройства
Наследие
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 в Intel и других производителей микросхем, а также в исследованиях других более современных и интерактивных компьютеров, особенно в Массачусетский технологический институт.
Рекомендации
- ^ Rose-Innes, A.C .; E.H. Родерик. Введение в сверхпроводимость. Международная серия по физике твердого тела. 6 (2-е изд.). Пергамон. п. 45.
- ^ а б Бак, Д.А. (1956). «Сверхпроводящий компьютерный компонент Криотрон-А». Труды IRE. 44 (4): 482–493. Дои:10.1109 / JRPROC.1956.274927. S2CID 51633331.
- ^ Бремер, Джон (2007). «Изобретение сверхпроводящей интегральной схемы» (PDF). Информационный бюллетень исторического центра IEEE. 75: 6–7. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-07-22. Получено 2013-01-31.
- ^ Матисоо, Юри (1967). «Туннельный криотрон - сверхпроводящий логический элемент на основе электронного туннелирования». Труды IEEE. 55 (2): 172–180. Дои:10.1109 / PROC.1967.5436.
Оксфордский научный словарь, 4-е издание, 1999 г.,ISBN 0-19-280098-1.
