约瑟夫逊隧道逻辑元件构成
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发布时间:2024-09-10 23:07
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时间:2024-09-11 03:30
约瑟夫逊隧道逻辑元件的核心构造是由两层超导材料,如铌或铝合金,通过10至20埃的氧化层隔开。这个关键的氧化层可以通过金属的热氧化或等离子放电形成。这种结构在I-U特性图1中得到了直观展示,其中Ic代表临界电流。当电流超过Ic时,电压状态会发生转变,即从U=0到U厵0,这称为过电流驱动模式。当门电流Ig小于Ic时,约瑟夫逊结进入超导状态,通过磁场控制,可以使其临界电流小于Ig,使工作点沿负载线移动至准粒子隧道特性曲线,产生电压状态,这就是感应控制驱动方式。
约瑟夫逊结的等效电路如图2所示,作为逻辑元件,其关键特性在于具有足够的滞回特性,使得当电压降到2墹/e以下时,仅有微小电流流过,为负载提供稳定的电流输出。根据负载的不同,约瑟夫逊结有三种工作模式:①当负载大于RL时,即使去掉控制电流,电压状态仍保持锁定;②负载在RL和Rm之间时,复位为零电压状态,称为非锁定模式;③负载小于Rm时,结会自行回复至零电压,不受控制电流影响,称作自复位模式。
更高级的逻辑功能可以通过超导量子干涉器件(SQUID)来实现,它通常包含一个或多个约瑟夫逊结串联在超导环中。SQUID具有极高的磁场敏感性,可通过调整几何参数实现以微小电流进行开关操作。常见的逻辑电路类型包括电流注入逻辑电路(CIL),包括感应耦合电路和直接耦合电路。感应耦合电路提供了输出电路与驱动电路间的隔离,而直接耦合电路则允许更大的容限。
约瑟夫逊隧道逻辑元件构成
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