DE1097013B - Conductor arrangement for cryotron circuits and process for their production - Google Patents
Conductor arrangement for cryotron circuits and process for their productionInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Die Erfindung betrifft eine Leiteranordnung für Cryotronkreise mit einem gesteuerten Leiterabschnitt aus einem supraleitenden Material mit vorbestimmter kritischer Feldstärke und einem Steuerleiter aus 'einem supraleitenden Material von relativ hoher kritischer Feldstärke und Verfahren zu deren Herstellung.The invention relates to a conductor arrangement for cryotron circuits with a controlled conductor section made of a superconducting material with a predetermined critical field strength and a control conductor made of one superconducting material of relatively high critical field strength and process for their manufacture.
Die Erfindung wird in bezug auf Aufgabe und Lösung im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen näher erläutert.The invention will be described in relation to the problem and solution in the following with reference to schematic drawings explained in more detail.
Fig. 1 zeigt 'eine Kurvenschar für verschiedene Materialien, und sie läßt erkennen, auf welche Weise sich die Temperatur, bei der das Material supraleitend wird, in Abhängigkeit von einem angelegten Magnetfeld ändert; die angegebenen Materialien sind supraleitend, wenn sie unter denjenigen Bedingungen gehalten werden, welche durch die links von den betreffenden Kurven bzw. unterhalb der Kurven liegenden Flächen dargestellt werden;Fig. 1 shows' a family of curves for different materials, and it shows in which way the temperature at which the material becomes superconducting depends on an applied magnetic field changes; the specified materials are superconducting when kept under those conditions by the ones to the left of the curves in question or below the curves Surfaces are represented;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines bekannten Cryotrons;Fig. 2 is a schematic representation of a known one Cryotrons;
Fig. 3 zeigt schematisch eine Cryotron-Flip-Flop-Schaltung, bei der Cryotrone der Ausführung nach Fig. 2 verwendet werden;Fig. 3 shows schematically a cryotron flip-flop circuit, can be used in the cryotrone of the embodiment of FIG. 2;
Fig. 4 ist .ein Schnitt durch einen Basisleiter, bei dem bestimmte Abschnitte mit Überzügen von unterschiedlichen Supraleitfähigkeitseigenschaften versehen sind;Fig. 4 is a section through a base conductor in which certain sections are provided with coatings of different superconductivity properties;
Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch den Leiter nach Fig. 4, bei dem der Überzug in den Leiter hineindiffundiert ist, um einen Cryotronleiter gemäß der Erfindung herzustellen;Fig. 5 is a longitudinal section through the conductor of Fig. 4 with the coating diffusing into the conductor to make a cryotron conductor according to the invention;
Fig. 6 zeigt im Längsschnitt eine weitere Ausbildungsform eines zusammengesetzten Cryotronleiters nach der Erfindung;Fig. 6 shows in longitudinal section a further embodiment of a composite cryotron conductor according to the invention;
Fig. 7 veranschaulicht schematisch, auf welche Weise mehrere miteinander verbundene Cryotrone aus Leitern der aus Fig. 3 und 4 ersichtlichen Art hergestellt werden können;7 schematically illustrates the manner in which several interconnected cryotrons made of conductors the type shown in Figures 3 and 4 can be made;
Fig. 8 zeigt schematisch die Cryotron-Flip-Flop-Schaltung nach Fig. 3, die sich aus mehreren gemäß Fig. 7 aufgebauten Cryotronen zusammensetzt.8 schematically shows the cryotron flip-flop circuit according to FIG. 3, which is composed of several cryotrons constructed according to FIG.
In sämtlichen Figuren sind jeweils ähnliche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.In all of the figures, similar parts are denoted by the same reference numerals.
Cryotronkreise bestehen bekanntlich aus einem gesteuerten Leiterabschnitt aus einem supraleitfähigen Material mit vorbestimmter kritischer Feldstärke und einem Steuerleiter aus einem supraleitfähigen Material von relativ höherer kritischer Feldstärke. Unter kritischer Feldstärke wird diejenige Stärke eines Magnetfeldes verstanden, bei der der ohmsche Widerstand eines sich im supraleitenden Zustand befindlichen Leiters ohne Änderung der Temperatur wieder einen vorbestimmten endlichen Wert annimmt. Cryotronkreise können beispielsweise als logische Kreise in Rechenwerken Verwendung finden.As is known, cryotron circuits consist of a controlled conductor section made of a superconductive one Material with a predetermined critical field strength and a control conductor made of a superconductive material of relatively higher critical field strength. The critical field strength is the strength of a magnetic field understood, in which the ohmic resistance of a being in the superconducting state Conductor again assumes a predetermined finite value without changing the temperature. Cryotron circles can be used, for example, as logical circles in arithmetic units.
Leiteranordnung für Cryotronkreise
und Verfahren zu deren HerstellungConductor arrangement for cryotron circles
and methods of making them
Anmelder:
InternationalApplicant:
International
Business Machines Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)Business Machines Corporation,
New York, NY (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. PulsRepresentative: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Pulse
und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,and Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Bad luck man,
Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2Patent Attorneys, Munich 9, Schweigerstr. 2
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. Juli 1957Claimed priority:
V. St. v. America July 11, 1957
Howard O. McMahon, Lexington, Mass. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt wordenHoward O. McMahon, Lexington, Mass. (V. St. A.),
has been named as the inventor
Fig. 1 zeigt, daß ein Magnetfeld von 50bis lOOÖrsted bewirkt, daß ein Draht aus_Tantal, der auf einer Temperatur von 4,2° K, d. h.„ auf dem Siedepunkt von flüssigem Helium bei atmosphärischem Druck, gehalten wird, aus seinem Supraleitungszustand in den Widerstandszustand übergeht.Fig. 1 shows that a magnetic field of 50 to 100 Örsted causes a wire aus_Tantal, which is at a temperature of 4.2 ° K, d. i.e. “at the boiling point of liquid helium at atmospheric pressure, from its superconductive state to the state of resistance transforms.
Weiter veranschaulicht Fig. 2 ein bekanntes Cryotron mit einem Mittel- bzw. Sperrleiter 2, auf den eine Steuerwicklurig 4 aufgewickelt ist; sowohl der Sperrleiter als auch die Wicklung bestehen aus Materialien, die normalerweise bei sehr tiefen Temperaturen supraleitend sind. Das gesamte Aggregat wird in flüssiges Helium eingetaucht, um den Sperrleiter 2 und dieFIG. 2 further illustrates a known cryotron with a central or blocking conductor 2 on which a control winding 4 is wound; Both the blocking conductor and the winding are made of materials that are normally superconducting at very low temperatures. The entire unit is immersed in liquid helium, around the blocking conductor 2 and the
4.0 Steuerwicklung 4 supraleitend zu machen. Wenn man einen Strom von ausreichender Stärke durch den Steuerleiter schickt, bewirkt das hierdurch hervorgerufene Magnetfeld, daß der Sperrleiter aus dem Supraleitungszustand in den Widerstandszustand übergeht. Somit bildet die Steuerwicklung zusammen mit dem Sperrleiter einen elektrisch zu betätigenden Schalter, bei dem der Sperrleiter durch das Hindurchschicken eines Stromes durch die Steuerwicklung aus dem Supraleitungszustand in den Widerstandszustand übergeführt werden kann.4.0 To make control winding 4 superconducting. If sends a current of sufficient strength through the control conductor, causes the thereby evoked Magnetic field that the blocking conductor changes from the superconducting state to the resistance state. Thus, the control winding together with the blocking conductor forms an electrically operated one Switch in which the blocking conductor is switched off by sending a current through the control winding the state of superconductivity can be converted into the state of resistance.
Tantal ist ein brauchbares Material für solche Sperrleiter, denn seine Übergangstemperatur im Bereich von 50 bis 100 örsted liegt bei 4,2° K, dem Siedepunkt von Helium beim Druck von einer Atmo-Tantalum is a useful material for such blocking conductors because its transition temperature is in the range from 50 to 100 örsted is at 4.2 ° K, the boiling point of helium at a pressure of one atmo-
009 698/397009 698/397
Sphäre. Diese Temperatur läßt sich erreii&env Ohne': kombination, der den Leiter KIg umfaßt, zeigt in daß es erforderlich ist, komplizierte Einrichtungen diesem Zeitpunkt' einen Widerstand. Somit fließt der zum Erzeugen von Druck oder Unterdruck zum gesamte von der Stromquelle gelieferte Strom durch Steigern oder Senken der Temperatur des Heliums zu, ,. : den-Sperrleiter KIg, während durch den Leiter KIg benutzen. Niobium,: das eine relativ hohe kritische■_. 5; kein Strain; fließt,- und der gleiche durch die Steuer-Feldstärke aufweist, wird gewöhnlich für die Steuer- wicklungKIc fließende Strom hält den zugehörigen wicklung verwendet, denn es ist erwünscht und in Sperrleiter if lg· in seinem Widerstandszustand. Die manchen Fällen auch erforderlich, daß der Steuerleiter Flip-Flop-Schaltung ist somit in diesem Zustand stabil während des gesamten Betriebs des- Cryotrons supra- und gleicht somit einer in bekannter Weise aufgebauten leitend bleibt, und die Steuerwicklung ist im wesent- 10 bistabilen Vakuumröhren-Flip-Flop-Schaltung, die in liehen den gleichen Magnetfeldern· ausgesetzt wie der dem einen oder anderen Zustand stabil ist. Wenn der Sperrleiter. Ferner ist es in den meisten Anwendungs- aus der Stromquelle verfügbare Strom kleiner ist als fällen erwünscht, den Steuerleiter in Form einer Wick- der doppelte Wert derjenigen Stromstärke, die erlung, z. B. als Wicklung 4 in Fig. 2, auszubilden, damit - forderlich ist, um die kritische Feldstärke hervorzuman nur einen Strom von möglichst geringer Stärke 15 rufen, und wenn an die Steuerwicklung K3 c ein Imbenötigt, um die kritische Feldstärke zu erreichen. puls angelegt wird, um in dem Sperrleiter K 3 g eineSphere. This temperature can be erreii & env without ': combination comprising the conductor Kig, complicated equipment is in that it is necessary, this time,' a resistor. Thus, the total current supplied by the power source for generating pressure or negative pressure flows to,,. : use the blocking conductor KIg while through the conductor KIg . Niobium: a relatively high critical ■ _. 5 ; no strain; flows, - and the same due to the control field strength, is usually used for the control winding K Ic flowing current holds the associated winding, because it is desirable and in the blocking conductor if lg · in its resistance state. In some cases it is also necessary that the control conductor flip-flop circuit is stable in this state during the entire operation of the cryotron and thus remains conductive, and the control winding is essentially bistable vacuum tubes -Flip-flop circuit, which is stable in borrowed the same magnetic fields · exposed to one or the other state. When the blocking conductor. Furthermore, in most applications, the current available from the power source is less than is desirable, the control conductor in the form of a winding double the value of the current that is determined, e.g. B. as winding 4 in Fig. 2, so that - is necessary to call the critical field strength only a current of the lowest possible strength 15, and if an Im needed to the control winding K 3 c in order to achieve the critical field strength. pulse is applied to a in the blocking conductor K 3 g
Bei Cryotronschaltungen wird der Sperrleiter eines Umwandlung hervorzurufen, so daß der den Leiter Cryotrons häufig mit der Steuerwicklung eines anderen KZg umfassende Stromweg einen Widerstand zeigt, Cryotrons in Reihe geschaltet, und deshalb muß das so verteilt sich der Strom annähernd zu gleichen Teilen Cryotron eine Stromverstärkung liefern, wenn die 20 auf die beiden Stromwege. Nunmehr wird der Steuer-Schaltung einwandfrei arbeiten soll, d.h., der durch leiter if Ic von einem Strom durchflossen, der nicht den Sperrleiter des Cryotrons gesteuerte Strom muß ausreicht, um den Sperrleiter K1 g in seinem Widerstärker sein als der zum Speisen der zugehörigen standszustand zu halten. Wenn der Sperrleiter K Ig Steuerwicklung benötigte Strom. Wenn der Steuer- aus dem Widerstandszustand in den Supraleitungsleiter nieht als Wicklung ausgebildet ist, kann es vor- 25 zustand übergeht, bildet er einen supraleitenden Stromkommen, daß der Strom, der durch den Steuerleiter weg, der sich auch durch den Steuerleiter K2 c, den geschickt werden muß, um die für den Sperrleiter aus Sperrleiter K4 g· und den Steuerleiter K6c erstreckt; Tantal erforderliche kritische Feldstärke zu erreichen, somit fließt der gesamte verfügbare Strom durch diesen ein Feld erzeugt, das genügend stark ist, um eine so- Stromweg, so daß in dem Sperrleiter K 2 g eine Umgenannte Selbstverdrängung eines damit in Reihe ge- 30 Wandlung hervorgerufen wird. Auf diese Weise erschalteten Sperrleiters aus Tantal zu bewirken. In der reicht die Flip-Flop-Schaltung ihren anderen stabilen Praxis hat es sich gezeigt, daß man mittels eines Zustand.In Cryotron circuits, the blocking conductor will cause a conversion, so that the current path comprising the conductor Cryotron often shows a resistance with the control winding of another KZg, Cryotrons are connected in series, and therefore the current must be distributed in approximately equal parts to provide Cryotron with a current amplification when the 20 on the two current paths. Now the control circuit should work properly, that is, a current flows through the conductor if Ic, which does not have to be sufficient to power the blocking conductor of the cryotron to make the blocking conductor K 1 g stronger than the one to feed the associated state to keep. When the blocking conductor K Ig control winding required current. If the control of the resistance state into the superconducting conductor nieht designed as a winding, it can forward 25 state transitions, it forms a superconducting current coming that the current through the control conductor away, the c also through the control conductor K2 the must be sent to extend the for the blocking conductor from blocking conductor K 4 g · and the control conductor K6c ; Tantalum to achieve the required critical field strength, thus the entire available current flows through this generates a field that is strong enough to create a current path, so that in the blocking conductor K 2 g a so-called self-displacement of a conversion in series is brought about will. In this way switched blocking conductor made of tantalum to be effected. In the range of the flip-flop circuit its other stable practice, it has been shown that one means of a state.
Cryotrons eine geeignete Stromverstärkung erzielen In ähnlicher Weise bewirkt ein an den SteuerleiterCryotrons achieve a suitable current gain in a similar way, causing an on the control conductor
kann, wenn der Durchmesser des Sperrleiters aus K4c angelegter Stromimpuls von genügender Größe,can, if the diameter of the blocking conductor from K 4c applied current pulse of sufficient size,
Tantal etwa 0,23 mm beträgt und wenn die Steuer- 35 daß die Flip-Flop-Schaltung in ihren früheren ZustandTantalum is about 0.23 mm and when the control 35 that the flip-flop circuit is in its previous state
wicklung aus in einer einzigen Schicht aufgebrachten zurückkehrt. Je nachdem, ob sich der supraleitendewinding from returns applied in a single layer. Depending on whether the superconducting
Windungen von Niobiumdraht mit einem Durchmesser Stromweg durch die Flip-Flop-Schaltung über denTurns of niobium wire with a diameter of current through the flip-flop circuit via the
von etwa 0,075 mm besteht, wobei die Zahl der Win- Steuerleiter K5 c oder den Steuerleiter if 6 c erstreckt,of about 0.075 mm, whereby the number of the Win control ladder extends to K5 c or the control ladder if 6 c,
düngen etwa 10 Windungen/cm beträgt. wird entweder in dem Sperrleiter K Sg oder in demfertilize about 10 turns / cm. is either in the blocking conductor K Sg or in the
Ein einfaches bistabiles Element, wie man es als 40 Sperrleiter if 6 g· eine Umwandlung hervorgerufen, und Grundelement eines binären Ziffernrechengerätes be- daher zeigen die Leitfähigkeitszustände dieser Sperrnötigt, läßt sich aus Cryotronen in der AVeise auf- leiter den Zustand der Flip-Flop-Schaltung if 1-if 2 an. bauen, daß man die Sperrleiter von zwei solchen Angesichts der kleinen Abmessungen und der nied-Aggregaten parallel schaltet und dafür sorgt, daß der rigen Kosten bildet das Cryotron ein ideales grundeine oder andere Sperrleiter den gesamten Strom durch 45 legendes Schaltelement zur Verwendung bei umfangdie Kombination hindurchleitet, und zwar in der glei- reichen Geräten zum Verarbeiten von Informationen, chen Weise wie bei einer aus Vakuumröhren aufge- bei denen viele tausend derartiger Elemente benutzt bauten Flip-Flop-Schaltung. Gemäß Fig. 3 kann eine werden, die in einer Anzahl von Grundschaltungen, bekannte Cryotron-Flip-Flop-Schaltung zwei Cryo- z. B. nach Art der Flip-Flop-Schaltung gemäß Fig. 3, trone if 1 und if 2 umfassen, deren Sperrleiter if lg· 50 miteinander verbunden sind. Bis heute führte die ge- und if 2 g· an einem Ende gemeinsam mit einer Strom- ringe Größe der einzelnen Cryotrone, die in den quelle verbunden sind, die in Fig. 3 durch eine Bat- meisten Beziehungen einen wesentlichen Vorteil darterie 6 dargestellt ist; in Reihe mit den Sperrleitern stellt, zu erheblichen Schwierigkeiten bei der Herliegt ein Begrenzungswiderstand i?l. Der Widerstand stellung der verschiedenen Schaltungen, in denen Cryoi?l besitzt vorzugsweise einen wesentlich höheren 55 trone benutzt werden. Die vier Anschlüsse jedes Cryo-Widerstand als die Flip-Flop-Schaltung, so daß die trons sind im allgemeinen mit anderen supraleitenden Stromquelle einen im wesentlichen konstanten Strom Schaltungselementen durch Schweißen verbunden, um liefert. Der Sperrleiter KIg ist mit der Steuerwick- die Supraleitfähigkeit an den Verbindungsstellen auflung if 2 c in Reihe geschaltet, und der Sperrleiter if 2 g· rechtzuerhalten, und daher benötigt man bei Cryotronist in ähnlicher Weise mit der S teuer wicklung if Ic 60 schaltungen für jedes Cryotron durchschnittlich etwa verbunden. Um die Schaltung zu vervollständigen, zwei Schweißstellen; die Flip-Flop-Schaltung nach liegen die Steuerleiter über zum Eingeben dienende Fig. 3 besitzt z. B. zehn innere Schweißverbindungen, Cryotrone if 3 und if 4 sowie über zum Entnehmen die mit den Bezugsziffern 7 bis 24 bezeichnet sind. Der des Ergebnisses dienende Cryotrone if 5 und if 6 in Durchmesser der einzelnen Sperr-und Steuerleiter der einer noch zu beschreibenden Weise an Erde. Wenn 65 Cryotrone kann bis herab zu etwa 0,025 bis etwa der Leiter if Ig-einen Widerstand--aufweist, während 0,050 mm betragen, und daher muß man beim der Leiter if 2g- supraleitend ist, besteht ein voll- Hantieren mit diesen Elementen und bei der Herständig supraleitender Stromweg durch die Sperrleiter stellung der Schweißverbindungen mit größter Vorif2g- und if 3 g- sowie die S teuer leiter if 1 c und if 5 c. sieht arbeiten, damit keine Brüche auftreten und die Derjenige Stromweg durch die Reihenschaltungs- 70 Verbindungen in der richtigen Weise hergestellt wer-A simple bistable element, as it is required as a blocking conductor if 6 g · a conversion, and the basic element of a binary numeric calculator, therefore showing the conductivity states of this blocking required, can be used to trace the state of the flip-flop from cryotrons in the A way. Circuit if 1-if 2 on. build that one connects the blocking conductors of two such In view of the small dimensions and the low aggregates in parallel and ensures that the low costs forms the Cryotron an ideal basic or other blocking conductor conducts the entire current through 45 laying switching element for use with extensive the combination in the same way as devices for processing information, like a flip-flop circuit made up of vacuum tubes in which many thousands of such elements are used. According to FIG. 3, a known cryotron flip-flop circuit can be used in a number of basic circuits. B. in the manner of the flip-flop circuit according to FIG. 3, trone if 1 and if 2, whose blocking conductors if lg · 50 are connected to one another. Up to now, the ge and if 2 g · led to one end together with a current ring size of the individual cryotrons, which are connected in the source, which is shown in FIG ; in series with the blocking conductors, there is considerable difficulty in establishing a limiting resistor. The resistance position of the various circuits in which Cryoil possesses preferably a significantly higher 55 trone are used. The four terminals of each cryo-resistor act as the flip-flop circuit, so that the trons are generally connected to other superconducting power sources to provide a substantially constant current to circuit elements by welding. The blocking conductor KIg is connected in series with the control winding, the superconductivity at the connection points if 2 c, and the blocking conductor if 2 g Cryotron about connected on average. To complete the circuit, two welds; the flip-flop circuit after the control conductors are used for inputting Fig. 3 has z. B. ten inner welded joints, Cryotrone if 3 and if 4 as well as for removal which are denoted by the reference numerals 7 to 24. The result-serving cryotrone if 5 and if 6 in the diameter of the individual blocking and control conductors in a manner to be described below to earth. If 65 Cryotrone can down to about 0.025 to about the conductor if Ig-has a resistance - while it is 0.050 mm, and therefore one has to deal with these elements with these elements and with The constant superconducting current path through the blocking conductor position of the welded connections with the greatest pref2g and if 3 g as well as the expensive conductors if 1 c and if 5 c. sees work so that no breaks occur and that the current path through the series connection 70 connections is established in the correct manner.
den. In der. Praxis' werden die Gryotrönsehaltungen daher meist unter einem. Mikroskop hergestellt, und es handelt sieh hierbei'um eine' zeitraubende. und mühsame Arbeit. .- ■--:■·.- :the. In the. Practice becomes the gryotron postures therefore mostly under one. Microscope made and it This is a time-consuming one. and tedious Job. .- ■ -: ■ · .-:
Ein älterer Vorschlag betrifft einen Gryotronkreis, bei dem das Magnetfeld einer Steuerspule derart auf eine Anzahl "von Leitern einwirkt, daß die Leiter bei Zunahme der magnetischen Durchflutung in einer vorbestimmten Reihenfolge nacheinander vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand übergehen. Dazu wird entweder ein inhomogenes Steuerfeld verwendet, so daß das Feld bei den einzelnen Leitern unterschiedlich stark zur Wirkung kommt, oder es wird das Material der Leiter so gewählt, daß die kritische Feldstärke für die einzelnen Leiter bei verschiedenen Werten liegt.An older proposal concerns a Gryotron circuit, in which the magnetic field of a control coil in such a way a number "of ladders acts that the ladder at Increase in the magnetic flux in a predetermined order one after the other from the superconducting go into the normally conducting state. Either an inhomogeneous control field is used for this, so that the field at the individual ladders comes into effect differently, or the material of the conductor is chosen so that the critical field strength for the individual conductors at different Values.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Leiteranordnung für Cryotronkreise zu schaffen, mit der sich beliebige Cryotronkreise in einfacher Weise und mit nur einer sehr geringen Anzahl von Verbindungsstellen herstellen lassen. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung mindestens einen einstückigen band- oder drahtförmigen Leiter aus supraleitendem Material vor, der über seine Länge aneinander anschließende Bereiche unterschiedlicher kritischer Feldstärke aufweist. Die Reihenfolge und Größe der aufeinanderfolgenden Abschnitte kann verschieden sein. Vorteilhafterweise folgen die unterschiedlichen Abschnitte einander periodisch, und es besitzen Abschnitte gleicher Feldstärke auch die gleiche Länge.In contrast, it is the object of the invention to create a conductor arrangement for cryotron circuits, with any cryotron circles in a simple manner and with only a very small number of connection points can be produced. For this purpose, the invention provides at least one one-piece band- or wire-shaped conductor made of superconducting material, which adjoins one another over its length Has areas of different critical field strength. The order and size of the consecutive Sections can be different. The different sections advantageously follow each other periodically, and sections of the same field strength also have the same length.
Mit der neuen Leiteranordnung erhält man in einem Arbeitsgang und mit einem einstückigen Leitermaterial zugleich die gesteuerten wie die steuernden Leiterabschnitte, die sich ja im wesentlichen durch verschiedene kritische Feldstärken unterscheiden. Damit lassen sich nicht nur einzelne Cryotronelemente, sondern ganze Cryotronkreise aus dem gleichen einstückigen Leitermaterial aufbauen. Hierdurch vereinfacht sich nicht nur die Herstellung, sondern auch die Verarbeitung des Leitermaterials wesentlich. Es ist z. B. nicht selten, daß steuernde und gesteuerte Supraleiter elektrisch in Reihe liegen. Ein solcher Kreis läßt sich mit der Leiteranordnung gemäß der Erfindung in einfacher Weise und einer wesentlich geringeren Lötstellenzahl als bei den bekannten Anordnungen aufbauen. With the new conductor arrangement one obtains in one operation and with a one-piece conductor material at the same time the controlled and the controlling ladder sections, which are essentially different differentiate between critical field strengths. This allows not only individual cryotron elements, but Build whole cryotron circles from the same one-piece conductor material. This simplifies Not only the production, but also the processing of the conductor material is essential. It is z. B. not infrequently that controlling and controlled superconductors are electrically in series. Such a circle leaves with the conductor arrangement according to the invention in a simple manner and a significantly lower number of solder points than in the known arrangements.
Demnach kann man einen zusammengesetzten Leiter mit zwei Sperrleiterabschnitten und zwei Steuerleiterabschnitten an Stelle des Sperrleiters KIg, der Steuerwicklung K2c, des Sperrleiters K&g und der Steuerwicklung K6c nach Fig. 3 benutzen; entsprechend kann man einen Leiter dieser Art an Stelle der übrigen Sperr- und Steuerleiter vorsehen. Die beiden zusammengesetzten Leiter sind bei 7 und 24 miteinander zu verbinden, und auf diese Weise verringert sich die Anzahl der inneren Verbindungen bei der Anordnung nach Fig. 3 auf zwei, d. h. auf 20 °/o der vorher benötigten Verbindungsstellen.Accordingly, a composite conductor with two blocking conductor sections and two control conductor sections can be used in place of the blocking conductor KIg, the control winding K2c, the blocking conductor K & g and the control winding K6c according to FIG. 3; accordingly, a ladder of this type can be provided in place of the rest of the blocking and control ladder. The two assembled conductors are to be connected to one another at 7 and 24, and in this way the number of internal connections in the arrangement according to FIG. 3 is reduced to two, ie to 20% of the connection points previously required.
Der erfindungsgemäße zusammengesetzte Cryotronleiter kann einen Tantaldraht umfassen, der abschnittsweise mit einem Überzug aus Niobium versehen ist, wobei die keinen Überzug aufweisenden Abschnitte als Sperrleiterabschnitte dienen, während die mit Überzügen versehenen Abschnitte, bei denen eine erheblich größere kritische Feldstärke benötigt wird, als Steuerleiter wirken. Alternativ kann man in einen Draht aus einem Grundwerkstoff mit bestimmten Supraleitfähigkeitseigenschaften bei jedem zweiten Abschnitt ein anderes Material hineindiffundieren lassen, um die Eigenschaften der betreffenden Abschnitte zu verändern, so daß für die behandelten und die unbehandelten Abschnitte unterschiedliche kritische Feldstärken gelten.The composite cryotron conductor according to the invention can comprise a tantalum wire which is provided in sections with a coating of niobium, the sections not having a coating serve as blocking conductor sections, while the sections provided with coatings, in which a considerably greater critical field strength is required, act as control conductors. Alternatively, a different material can be diffused into a wire made from a base material with certain superconducting properties at every second section in order to change the properties of the sections concerned, so that different critical field strengths apply to the treated and the untreated sections.
In Fig. 5 ist ein gemäß "der Erfindung hergestellter zusammengesetzter Cryotronleiter dargestellt. ■ Gemäß Fig. S umfaßt der insgesamt mit 26 bezeichnete Leiter abwechselnd aufeinanderfolgende Steuerleitungssegmente 28 aus Niobium sowie Sperrleitersegmente 30 aus einer Niobium-Tantal-Legierung. Wie aus Fig. 4In Fig. 5 is a manufactured according to "the invention composite cryotron conductor shown. ■ According to Fig. S comprises the overall designated 26 conductor Alternating control line segments 28 made of niobium and blocking conductor segments 30 made of a niobium-tantalum alloy. As from Fig. 4
ίο ersichtlich, kann man den Leiter 26 in der Weise herstellen, daß man zuerst auf einen Draht 34 aus Niobium in geeigneten Abständen Überzüge 32 aus Tantal aufbringt. Die Überzüge 32 können nach einem beliebigen geeigneten Verfahren hergestellt werden,ίο can be seen, the conductor 26 can be produced in such a way that that first on a wire 34 made of niobium at suitable intervals coatings 32 made of tantalum brings up. The coatings 32 can be made by any suitable method,
»5 z. B, durch Aufdampfen, Elektroplattieren usw. Der die Überzüge tragende Draht wird dann genügend lange auf einer geeigneten erhöhten Temperatur gehalten, so daß die Tantalüberzüge in den Leiter aus Niobium hinekidiffundieren. Hierdurch erhält man»5 z. B, by vapor deposition, electroplating, etc. The The wire carrying the coatings is then kept at a suitable elevated temperature for a sufficiently long time so that the tantalum coatings diffuse into the niobium conductor. This gives you
so den zusammengesetzten Leiter 26 nach F'ig. 5, bei dem die nicht behandelten Abschnitte 28 aus Niobium die Eigenschaften von Steuerleitern besitzen, bei denen eine höhere kritische Feldstärke erforderlich ist, während die Abschnitte 30 aus einer Niobium-Tantal-Legierung die Eigenschaften von Sperrleitern aufweisen, d. h. eine geringere kritische Feldstärke erfordern. so the assembled conductor 26 according to Fig. 5, in which the untreated sections 28 made of niobium die Have properties of control conductors where a higher critical field strength is required while the sections 30 made of a niobium-tantalum alloy have the properties of blocking conductors, d. H. require a lower critical field strength.
Ein weiterer Cryotronleiter ist in Fig. 6 dargestellt. In diesem Falle umfaßt der insgesamt mit 36 bezeichnete Leiter einen Hauptleiter aus Tantal, der aus mit Niobium überzogenen Steuerleiterabschnitten 38 und aus keinen Überzug aufweisenden Sperrleiterabschnitten 40 aus Tantal besteht. Die Überzüge aus Niobium können ähnlich wie die Überzüge 32 nach Fig. 4 im Wege des Aufdampfens oder des Elektroplattierens erzeugt werden.Another cryotron conductor is shown in FIG. 6. In this case, the total of designated 36 includes Head a main conductor made of tantalum, which consists of control conductor sections 38 and 38 coated with niobium consists of blocking conductor sections 40 made of tantalum which have no coating. The coatings of niobium can similar to the coatings 32 of FIG. 4 by vapor deposition or electroplating be generated.
Der Durchmesser der Leiter 26 und 36 ist vorzugsweise so klein wie möglich, und die Untergrenze für den Durchmesser richtet sich im wesentlichen nach den beim Hantieren mit den Leitern auftretenden Schwierigkeiten. Mit anderen Worten, die Hauptleiter 34 und 40 bestehen vorzugsweise aus Draht mit einem Durchmesser von etwa O1,125 mm, und die nicht behandelten Abschnitte der fertigen, zusammengesetzten Leiter besitzen den gleichen Durchmesser; bei den behandelten Abschnitten 30 bzw. 38 kann der Durchmesser etwas größer sein; dies ist auf die Einführung zusätzlichen Materials in diese Abschnitte zurückzuführen. Die Tantalüberzüge 32 nach Fig. 4 sollen eine Dicke aufweisen, die genügt, um Abschnitte 30 zu liefern, deren Umwandlungspunkte sich von denjenigen der Steuerleiterabschnitte 28 aus Niobium so stark unterscheiden, daß die Schaltung einwandfrei arbeitet; mit anderen Worten, der Unterschied zwischen den Abschnitten 28 und 30 bezüglich der kritischen Feldstärke soll mindestens 3:1 betragen. Die Niobiumüberzüge auf den Abschnitten 38 nach Fig. 6 sollen dick genug sein, um zu gewährleisten, daß die darunterliegenden Abschnitte des Grundleiters vollständig bedeckt sind.The diameter of the conductors 26 and 36 is preferably as small as possible and the lower limit for the diameter depends largely on the difficulties encountered in handling the conductors. In other words, the main conductors 34 and 40 are preferably made of wire having a diameter of about O 1, 125 mm, and the non-treated portions of the finished composite conductor have the same diameter; in the case of the treated sections 30 and 38, the diameter can be somewhat larger; this is due to the introduction of additional material in these sections. The tantalum coatings 32 according to FIG. 4 should have a thickness which is sufficient to provide sections 30 whose conversion points differ so greatly from those of the control conductor sections 28 made of niobium that the circuit works properly; in other words, the difference between sections 28 and 30 with respect to the critical field strength should be at least 3: 1. The niobium coatings on sections 38 of FIG. 6 should be thick enough to ensure that the underlying sections of the ground conductor are completely covered.
Zwar wurde bezüglich der Leiter 26 und 36 von der Verwendung von Niobium und Tantal gesprochen, doch sei bemerkt, daß man auch andere Materialien verwenden kann, wenn sie sich hinsichtlich ihrer Umwandlungspunkte erheblich unterscheiden, so daß bei ihrer Benutzung in einer Cryotronschaltung die Steuerleitungsabschnitte supraleitend bleiben, während die ihnen zugeordneten Sperrleiterabschnitte der kritischen Feldstärke ausgesetzt sind. Ferner sei bemerkt, daß in Ausgestaltung der Erfindung auch zusammen-Although the use of niobium and tantalum has been mentioned with regard to conductors 26 and 36, but it should be noted that other materials can also be used if they differ with regard to their transformation points differ considerably, so that when they are used in a cryotron circuit, the control line sections Remain superconducting, while the blocking conductor sections assigned to them are the critical ones Are exposed to field strength. It should also be noted that in an embodiment of the invention,
ι: bs T-i>i 3ι: bs T-i> i 3
gesetzte Leiter. - vorgesehen werden - können, die Ab-. schnitte mit. mehr als zwei verschiedenen Umwand« lungspunkten umfassen. Beispielsweise kann ein dem" Leiter 36 nach Fig, 6 ähnelnder Leiter zusätzlich zu den mit Niobium überzogenen und den nicht behan- '5 delten Abschnitten aus Tantal weitere. Abschnitte aufweisen, die mit Blei überzogen sind. Bezüglich der Abschnitte aus Tantal würde dann eine relativ geringe kritische Feldstärke · gegeben sein, während die mit Blei überzogenen Abschnitte eine größere kritische id Feldstärke und die mit Niobium überzogenen Abschnitte eine noch höhere kritische Feldstärke erfordern. seated ladder. - can be provided - the ex-. cut with. more than two different conversions include treatment points. For example, the " Head 36 according to Fig, 6 similar head in addition to those coated with niobium and those not treated '5 Delte sections of tantalum further. Have sections, that are coated with lead. With regard to the sections made of tantalum, a relatively small one would then be critical field strength · be given, while the lead-coated sections have a greater critical id Field strength and the sections coated with niobium require an even higher critical field strength.
Man kann den supraleitfähigen Draht in Ausgestaltung der Erfindung verwenden, um gemäß Fig. 7 mehrere miteinander verbundene Cryotrone aufzubauen. In Fig. 7 besitzen die zusammengesetzten Lei1 ter 42 und 44 jeweils Sperr- und Steuerleiterabschnitte 42a und 42&:bzw- 44a, und 44&. Diese Leiter können den Ausführungsbeispielen nach Fig. 5 oder 6 · entsprechen, und sie werden vorzugsweise mit Hilfe geeigneter Maschinen gewickelt, um ein Ausgangsmaterial mit der gewünschten Anzahl von Abschnitten auszubilden, wobei jeder Abschnitt ein einzelnes Cryotron bildet und wobei jeweils ein Steuerleiterabschnitt des einen Leiters die Form einer Wicklung besitzt, welche einen entsprechenden Sperrleiterabschnitt des anderen Leiters umgibt. Teile der Steuerleiter abschnitte werden ferner als Verbindungsdrähte zwischen den verschiedenen Abschnitten benutzt, so daß bei der späteren Verwendung im Betrieb diese Verbindungsdrähte innerhalb der betreffenden Schaltung stets supraleitend bleiben.In an embodiment of the invention, the superconducting wire can be used to build up several interconnected cryotrons as shown in FIG. In Fig. 7, the composite Lei have 1 ter 42 and 44 respectively cutoff and drive lead portions 42 a and 42: bzw- 44a, and 44. These conductors can correspond to the embodiments of Fig. 5 or 6, and they are preferably wound with the aid of suitable machines to form a starting material with the desired number of sections, each section forming a single cryotron and each having a control conductor section of the one conductor is in the form of a winding surrounding a corresponding blocking conductor portion of the other conductor. Parts of the control conductor sections are also used as connecting wires between the various sections, so that when used later in operation, these connecting wires always remain superconducting within the circuit in question.
Das supraleitfähige Ausgangsmaterial läßt sich bequem zur Herstellung der verschiedensten Arten von Cryotronschaltungen verwenden, und zwar sowohl bei einfachen Cryotronschaltern als auch bei den verwickeltsten Schaltungen. Wie weiter unten erläutert, kann man ein eine geeignete Länge aufweisendes Stück des Ausgangsmaterials abschneiden und an diesem verschiedene Arbeitsvorgänge durchführen, um eine Cryotron-Flip-Flop-Schaltung herzustellen. Zwar kann die "Länge der verschiedenen Abschnitte variieren, doch sei .bemerkt, daß es im allgemeinen erwünscht ist, daß sämtliche Abschnitte mit gleichen Umwandlungspunkten'jeweils die'gleiche Länge aufweisen, damit sich.das Ausgangsmaterial leichter herstellen läßt.The superconductive starting material can be conveniently used in the manufacture of various kinds of Use cryotron circuits, both simple cryotron switches and the most intricate Circuits. As explained below, a suitable length can be used cut off the source material and perform various operations on it to create a Manufacture cryotron flip-flop circuit. Though The length of the various sections may vary, but it should be noted that it is generally desirable is that all sections with the same transformation points each have the same length, so that the starting material can be produced more easily.
Fig. 8 veranschaulicht eine unter Verwendung des Cryötron-Ausgangsmaterials nach Fig. 7 aufgebaute Flip-Flop-Schaltung. Von dem Ausgangsmaterial werden sechs. Cryotrone als fertige Einheit 'abgetrennt, und diese bilden in Fig. 8 die Cryotrone K1', K 2', KZ', K%, Ä5Aund K 6'. Die Leiter werden an einem Ende miteinander verschweißt, um eine Verbindung 7' ähnlich der Verbindung 7 herzustellen, und diese'Verbindungsstelle wird'über einen Widerstand R f an eine Batterie 6' angeschlossen. Verfolgt man die Schaltung nach Fig. 8 von oben nach unten, so schließen sich an die Verbindungsstelle 7' die Cryotrone KV und K 2' an, die jeweils"" -mit ihrer Steuerwicklung mit dem Sperrleiterabschnitt des anderen Leiters verbunden sind, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. An dem Cryotron K 4' wird jedoch das Ausgangsmaterial dadurch verändert, daß man es längs der gestrichelten Linien 46 und 48 durchschneidet, um die Steuerwicklung iT4'e zu isolieren, deren Anschlüsse dann als 'Eingaber anschlüsse verwendet werden. Der Sperrleiter K4fg verbleibt in Reihenschaltung mit dem Sperrleiter KX'g, wie es in Fig. 3 der Fall ist. Die Verbindung zwischen dem Sperrleiter if 3'g- und der- Steuerwicklung K 6'e wird bei·50 durchtrennt, und der Sperrleiter wird durch eine Schweißverbindung 52; mit dem Sperrleiter K2'g in Reihe geschaltet. Die S teuer wicklung KZ'c wirdvon den Sperrleitern K5'g und K6'g isoliert; wie es durch- die gestrichelten Linien 54 und 56 angedeutet ist, und das Cryotron KZ' dient somit als das- andere EingabecryOtron: Der bei-48" und 54 isolierte ■SperrleiteriCö'g' und der bei 56 isolierte Sperrleiter K S'g können dann als Entnahmesperren benutzt werden, denn ihre Steuerwicklungen K6'c und K5'c liegen jeweils1 mit den Eingabesperren K4tg und KZ'g in Reihe. Die Steuerwicklungen JT5'c und K6'c sind ebenfalls durch eine Schweißstelle 24' ähnlich der Schweißstelle 24 in Fig. 3 miteinander verbunden.FIG. 8 illustrates a flip-flop circuit constructed using the cryotron starting material of FIG. From the starting material there are six. Cryotrons separated as a finished unit ', and these form the cryotrons K1', K 2 ', KZ', K%, Ä5 A and K 6 'in FIG. 8. The conductors are welded together at one end in order to produce a connection 7 'similar to connection 7, and this connection point is connected to a battery 6' via a resistor R f. If the circuit according to FIG. 8 is followed from top to bottom, the connection point 7 'is followed by the cryotrons KV and K 2' , each of which is "" connected with its control winding to the blocking conductor section of the other conductor, as shown in FIG Fig. 3 is shown. At the Cryotron K 4 ', however, the starting material is changed by cutting it along the dashed lines 46 and 48 in order to isolate the control winding iT4'e, the connections of which are then used as input connections. The blocking conductor K4fg remains connected in series with the blocking conductor KX'g, as is the case in FIG. The connection between the blocking conductor if 3'g- and the control winding K 6'e is severed at 50, and the blocking conductor is made by a welded joint 52 ; connected in series with the blocking conductor K2'g. The expensive winding KZ'c is isolated from the blocking conductors K5'g and K6'g ; as indicated by the dashed lines 54 and 56, and the cryotron KZ ' thus serves as the other input cryOtron: the blocking conductor iCö'g' isolated at -48 "and 54 and the blocking conductor K S'g insulated at 56 can then be used as a removal lock, for their control windings K6'c and K5'c are each 1 with the input and locks K4tg KZ'g in series. the control windings and JT5'c K6'c are similar also by a weld 24 'of the weld 24 connected to one another in FIG. 3.
Somit stehen die aus Fig. 8 ersichtlichen Elemente schaltungsmäßig in der gleichen Beziehung zueinander wie ihre Gegenstücke in Fig. 3, und die Arbeitsweise der beiden Schaltungen ist identisch. Bei der Schaltung nach Fig. 8 werden jedoch im Vergleich zu den zehn Verbindungsstellen, die erforderlich sind; wenn man die Schaltung aus einzelnen Cryotronen aufbaut, nur drei innere Verbindungsstellen benötigt.Thus, in terms of circuitry, the elements shown in FIG. 8 are in the same relationship to one another as their counterparts in Fig. 3, and the operation of the two circuits is identical. When switching 8, however, compared to the ten joints that are required; if if the circuit is built from individual cryotrons, only three internal connection points are required.
Claims (11)
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