DE1144335B - Kryotronanordnung mit verringerter Ansprechzeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kryotronanordnung, d. h. eine Schaltungsanordnung, in welcher die Leitfähigkeit eines Supraleiters bei tiefer Temperatur durch die Feldstärkeänderung des Magnetfeldes einer auf ihn einwirkenden Steuerspule zwischen dem supraleitenden und dem normalleitenden Zustand umsteuerbar ist. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Ansprechzeit einer solchen Anordnung gegenüber den bisher bekannten derartigen Anordnungen zu verringern.

Es ist bereits Gegenstand eines älteren Patentes, die Supraleiter einer Kryotronanordnung bandförmig auszubilden. Hierdurch wird infolge der Vergrößerung des ohmschen Widerstandes der Supraleiter im normalleitenden Zustand und der Verkleinerung ihrer Induktivität die Zeitkonstante der Anordnung und damit auch die zum Umschalten erforderliche Zeit verringert. Es ist weiterhin bereits Gegenstand eines älteren Patentes, die Supraleiter bifilar anzuordnen; auch hierdurch wird deren Induktivität wesentlich verkleinert.

Gegenstand der Erfindung ist eine Kryotronanordnung der beschriebenen Art, in welcher die Ansprechzeit durch die Kombination beider Maßnahmen verringert wird, also eine Kryotronanordnung, in welcher (a) der in seinem Leitfähigkeitszustand umsteuerbare Supraleiter und vorzugsweise auch die auf ihn einwirkende Steuerspule bandförmig ausgebildet sind und (b) dicht über und parallel zu dem in seinem Leitfähigkeitszustand umsteuerbare Supraleiter und vorzugsweise auch zu der auf ihn einwirkenden Steuerspule jeweils ein ähnlicher Leiter angeordnet ist, der einen Strom gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung führt. Hierdurch wird zunächst in an sich erwartender Weise die Zeitkonstante der Anordnung verringert. Darüber hinaus jedoch wird durch das funktionelle Zusammenwirken dieser beiden Maßnahmen erreicht, daß die Induktivität der Supraleiter und damit auch die Zeitkonstante der Anordnung in noch stärkerem Maße verringert wird. Vor allem aber wird hierdurch der sogenannte Silsbee-Strom der Supraleiter, d.h. derjenige kritische Strom, welcher bereits durch sein Eigenfeld den Supraleiter in seinen normalleitenden Zustand überführt, durch Homogenisieren des Magnetfeldes beträchtlich vergrößert.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird der Widerstand des Supraleiters im normalleitenden Zustand noch dadurch verringert, daß die benachbarten ähnlichen Leiter dem Supraleiter bzw. der Steuerspule als Rückleitung dienen und die Rückleitung der Steuerspule auf die Rückleitung desSupra-

Kryotronanordnung
mit verringerter Ansprechzeit

Anmelder:

International Business Machines Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H.E.Böhmer, Patentanwalt,
Böblingen (Württ.), Sindelfinger Str. 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. Juni 1959

John Jacob Lentz, Chappaqua, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

leiters einwirkt. Schließlich kann die Induktivität der Anordnung noch dadurch verringert werden, daß der Supraleiter zusammen mit dem parallel zu ihm verlaufenden ähnlichen Leiter und der auf ihn oder auf beide Leiter einwirkenden Steuerspule mindestens teilweise von einem supraleitenden Schirm umgeben wird.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 und 2 zwei Kryotrons mit bifilaren Supraleitern und bifilarer Steuerspule,

Fig. 3 ein Kryotron, in welchem nur der Supraleiter bifilar ausgebildet ist,

Fig. 4 eine bistabile Schaltung mit Kryotrons nach Fig. 2,

Fig. 4 a und 4 b die Schnitte a-a und b-b in Fig. 4, Fig. 5 eine abgeschirmte bistabile Schaltung mit Kryotrons nach Fig. 3 und

Fig. 5 a und 5 b die Schnitte a-a und b-b in Fig. 5.

In Fig. 1 ist ein nach der Erfindung aufgebautes Kryotron schematisch dargestellt. Dieses Kryotron enthält ein Torelement 10 und ein Steuerelement 12 und ist ebenso wie die anderen hier beschriebenen

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Ausführungsbeispiele aus dünnen Filmen des Supraleitermaterials hergestellt und hat beträchtlich andere Eigenschaften als diejenigen, welche aus Drahtmaterial bestehen, das nach dem seit langem bekannten Verfahren zur Herabsetzung der Induktivität solcher Leiter bifilar zusammengedreht ist.

Wie die Zeichnungen zeigen, enthält das Steuerelement zwei schmale Teile 12 A und 12 B, die die Teile 10 A und 105 des Torelements überkreuzen.

den Rändern eines Supraleiterfilms zuzuschreiben, daß Tore aus Supraleiterfilm viel niedrigere Silsbee-Stromwerte haben, als der Silsbee-Hypothese zu erwarten wäre.

Durch bifilare Anordnung des Tors erhält jeder der beiden Abschnitte des Tors, d. h. der obere und der untere Abschnitt, einen spiegelbildlichen Leiter. Wenn also der Strom im oberen Teil des Tors, der den Abschnitt 10^4 enthält, in der einen Richtung Diese Teile des Torelements bestehen aus einem io fließt, wird dieser Strom im unteren Teil des Tors, weichen Supraleitermaterial, während der restliche der den Abschnitt 105 enthält, in der entgegen-Teil des Torelements sowie das ganze Steuerelement gesetzten Richtung zurückgeführt. Schon das Voraus einem harten Supraleitermaterial hergestellt sind. handensein des unteren Abschnitts des Tors ist in Beispielsweise ist hier das weiche Supraleitermaterial derselben Weise wirksam wie eine Abschirmung aus Zinn und das harte Supraleitermaterial Blei. Die An- 15 einem Supraleiter, indem die Verteilung des Stroms Ordnung wird bei einer Temperatur betrieben, die im oberen Abschnitt gleichmäßiger wird und dadurch unter der Übergangstemperatur für das Zinn liegt. der obere Abschnitt des Tors einen größeren Strom Der Steuerleitung 12 wird durch eine Stromquelle 14 führen kann, ohne normalleitend zu werden. Der und dem Torleiter 10 durch eine Stromquelle 16 obere Abschnitt des Tors erfüllt dieselbe Funktion Strom zugeführt. Dadurch, daß der Steuerleiter an 20 für den unteren Abschnitt des Tors,
den Stellen, an denen sich die Leiter kreuzen, Daher ist der Silsbee-Strom also bei der in Fig. 1

schmaler als der Torleiter ist, erhält die Vorrichtung gezeigten Anordnung viel höher als bei einem nicht Verstärkereigenschaften, d. h., daß ein von der Quelle abgeschirmten monofilaren Supraleiterfilmstreifen. 14 angelegtes kleines Signal zum Steuern des Wider- Bei Aufbringung eines monofilaren Torstreifens auf Standes benutzt werden kann, den der Torleiter einem 25 eine Abschirmung aus einem Supraleiter erhält man von der Quelle 16 angelegten größeren Signal ent- eine ähnliche Erhöhung im Silsbee-Strom. Bei der gegensetzt. monofilaren Anordnung mit Abschirmung wird je-

Gemäß den Zeichnungen werden, wenn ein ge- doch nur ein einziges Tor, das z. B. dem Abschnitt nügend großes Signal durch die Quelle 14 dem bifi- 1OA von Fig. 1 entspricht, durch den zugeordneten laren Steuerelement 12 zugeführt wird, die Abschnitte 30 Steuerleiter normalleitend gemacht, während durch 10/4 und 105 des Torelements normalleitend ge- Anwendung der Erfindungsgrundsätze, wie es durch macht. Dies ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, die Vorrichtung von Fig. 1 veranschaulicht wird, alle da bei der gezeigten Anordnung der in das Tor ein- Vorteile der Verwendung einer Abschirmung ergeführte Widerstandswert etwa doppelt so groß ist halten bleiben und gleichzeitig der Widerstand, der wie der, den man mit aus Einzelstreifen bestehenden 35 in das Tor eingeführt werden kann, verdoppelt wird. Toren und einfacher Überkreuzung erreichen kann. Die Vorrichtung von Fig. 1 weist einen Verstär-

Dieser wichtige Vorteil wird mit der gezeigten An- kungsfaktor größer als Eins auf, da die Torabordnung zusätzlich erreicht, deren Induktivität nied- schnitte einen relativ hohen Silsbee-Strom haben, riger und deren Silsbee-Strom höher ist als bei den Zweitens besitzt die Vorrichtung eine relativ niedrige bekannten monofilaren Vorrichtungen. In bezug auf 40 Induktivität, und drittens hat sie im Normalzustand den Silsbee-Strom unterscheidet sich die Vorrichtung einen relativ hohen Widerstand. Diese Merkmale von den aus Draht gewickelten bifilaren Vorrich- sind von besonderer Wichtigkeit, wenn solche Vortungen. Bei Verwendung von Draht wird ein Strom richtungen in parallel angeordneten Schaltungen berelativ gleichmäßig über den Querschnitt verteilt, und nutzt werden, in denen der Strom durch die wahlder Silsbee-Strom des Leiters, d. h. der Maximal- 45 weise Einführung von Widerstand in Tore, die in den strom, der in dem Tor fließen kann, ohne daß es die Schaltung bildenden parallelen Pf aden liegen, hinnormalleitend wird, hat etwa den Wert, der nach der
Silsbee-Hypothese zu erwarten wäre. Wenn dann ein
aus Draht gewickeltes Tor bifilar angeordnet ist, d. h.,
wenn zwei Tordrähte zusammengedreht sind, ist zwar 50
die Gesamtinduktivität des Tors niedriger als die
eines einzelnen Tordrahtes, das Feld zwischen den
beiden Tordrähten aber sehr stark, so daß der Silsbee-Strom des gesamten Tors niedriger ist als der Silsbee-Strom eines einzelnen Tordrahtes. Aus diesem Grunde 55 12 nicht innerhalb des Torleiters, sondern außerhalb erfolgt gleichzeitig mit der Verbesserung der Induk- des Torleiters' angeordnet ist. Funktionsmäßig artivitäts- und Widerstandsverhältnisse, die bei bifilarer beitet die Vorrichtung genauso wie die in Fig. 1 geAnordnung von gewickelten Kryotrons erreicht wird, zeigte. Sie weist dieselben Eigenschaften auf, d. h. eine Verringerung des Verstärkungsfaktors. einen hohen Verstärkungsfaktor, eine niedrige Induk-

Dies ist bei Vorrichtungen aus dünnem Film, auf 60 tivität und einen hohen Widerstand,
die sich die vorliegende Erfindung richtet, nicht der Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fall, weil ein Strom in einen Supraleiterfilm, dessen das den in Fig. 1 und 2 gezeigten sehr ähnlich ist, ist Breite wesentlich größer als seine Stärke ist, nicht in Fig. 3 dargestellt, wo dieselben Bezugszeichen wie einheitlich verteilt ist und ein großer Teil des in dem in Fig. 1 mit nachgestelltem Buchstaben »Γ« ver-Leiter fließenden Stroms nahe den Kanten des Films 65 wendet werden. In der Vorrichtung von Fig. 3 wird konzentriert wird. Daher entsteht an den Filmrändern ein monofilares Steuerelement 12 Y verwendet, und ein sehr starkes magnetisches Feld, Wahrscheinlich und nur das Torelement 1OT ist bifilar angeordnet, ist es dieser Konzentration von Strom und Feld an Der schmale Teil 12AY des Steuerelements treibt die

und hergeschaltet wird. In solchen Schaltungen hängt die Schaltfrequenz stark von dem Widerstand ab, der wahlweise in die Schaltung eingeführt wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 2, wo dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 mit nachgestelltem Buchstaben »X« benutzt werden. Die Vorrichtung von Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten nur darin, daß der Steuerleiter

Abschnitte 10 AY und 10 BY des Tors beide in den normalleitenden Zustand. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt, daß die oben beschriebenen Vorteile auch Hfinn erreicht werden können, wenn nur das Torelement bifilar und das Steuerelement monofilar angeordnet wird. In Abwesenheit einer Abschirmung aus einem Supraleiter weist das monofilare Steuerelement 12 Y von Fig. 3 eine höhere Induktivität auf als das bifilare Steuerelement von Fig. 1 und 2. Aber in allen anderen Beziehungen gleichen sich die in den drei Figuren dargestellten Vorrichtungen. Die Gesamtinduktivität ist niedrig, der Silsbee-Strom des Tors und damit der erreichbare Verstärkungsfaktor ist hoch, und der Widerstand des Tors ist etwa doppelt so groß wie derjenige, der bei einer einzigen Überkreuzung in einer monofilaren Anordnung erreichbar ist. Außerdem können nach den Grundsätzen der Erfindung Schaltungen aufgebaut werden, in denen der Torleiter monofilar ist und durch einen oder mehrere Steuerabschnitte gesteuert wird, die in einem bifilar angeordneten Steuerleiter-Strompfad liegen.

Fig. 4 veranschaulicht schematisch eine bistabile Kippschaltung, die völlig bifilar aufgebaut ist. Der Betriebsstrom für die Schaltung wird von der an den Leiter22 angeschlossenen Stromquelle 20 geliefert. Der Strom aus dieser Quelle kann durch einen von zwei Pfaden zu einem Erdanschluß 24 für die Schaltung geleitet werden. Der erste dieser parallelen Pfade ist mit 26 bezeichnet und hat einen oberen Streifen 26 A und einen unteren Streifen 26 B; der andere parallele Pfad 28 hat einen oberen Streifen 28/1 und einen unteren Streifen 28 B.

Der obere Streifen 26/1 des Pfades enthält einen aus weichem Supraleiter bestehenden Torabschnitt 3OA und der untere Streifen 26 B enthält einen aus weichem Supraleiter bestehenden Torabschnitt 30 B. Die aus weichem Supraleiter bestehenden Abschnitte 30 A und 3OjB werden von schmaleren Abschnitten eines bifilaren Steuerleiters 32 überquert. Bei Anlegung eines Stromimpulses an diese Steuerleiter werden die Torabschnitte 3OA und 30 B beide normalleitend, so daß der Strom aus der Quelle 20 ganz durch den anderen parallelen Pfad 28 geleitet wird. Der obere Streifen 28^4 des Pfades 28 enthält einen aus weichem Supraleiter bestehenden Torabschnitt 34 A, und der untere Streifen 28 B enthält einen aus weichem Supraleiter bestehenden Torabschnitt 34B. Diese Torabschnitte werden von einem Steuerleiter 36 überquert, der bifilar angeordnet ist und bei Anlegung eines genügend großen Impulses die Torabschnitte 34 A und 34 B beide normalleitend macht, um den Strom aus der Quelle 20 zurück in den Pfad 26 zu schalten.

Der obere Streifen des Pfades 26^4 enthält einen schmalen, aus hartem Supraleiter bestehenden Steuerabschnitt 4OA und der untere Streifen 26 B des Pfades einen entsprechenden schmalen, aus hartem Supraleiter bestehenden Steuerabschnitt 40 B. Die Abschnitte 4OA und 40 B dienen als Steuerleiter für die aus weichem Supraleiter bestehenden Torabschnitte eines Torleiters 42, der bifilar angeordnet ist. Wenn daher ein Strom aus der Quelle 20 in den Pfad 26 geleitet wird, wird ein Widerstand in den oberen und den unteren Abschnitt des bifilaren Torleiters 42 eingeführt, der den Zustand der bistabilen Schaltung von Fig. 4 anzeigt. Das Tor 42 kann natürlich an eine weitere Supraleiterschaltung angeschlossen sein, und der Widerstand dieses Tors kann benutzt werden, um einen Strom wahlweise zu einem anderen parallelen Pfad zu schalten. Der obere Streifen 2SA des Pfades 28 ist in ähnlicher Weise mit einem aus Supraleiter bestehenden Steuerabschnitt 44 A und der untere Streifen 28 B mit einem Steuerabschnitt 44B versehen. Diese Abschnitte steuern entsprechende Torabschnitte aus weichem Supraleiter eines bifilaren Torleiters 46, so daß dieses Tor einen Widerstand

ίο aufweist, wenn der Strom aus der Quelle in den Pfad 28 geleitet wird.

Die ganze Schaltung von Fig. 4 ist bifilar angeordnet. Bei dieser Anordnung hat jeder Leiter in der Schaltung einen sogenannten spiegelbildlichen Leiter, so daß beim Fließen eines Stroms in einem der Leiter der Schaltung in einem anderen Leiter, der entweder direkt über oder unter ihm liegt, ein Strom in der entgegengesetzten Richtung fließt. Bei einem solchen bifilaren Aufbau erscheint daher jeder Leiter als mit einer Abschirmung versehen, die seine Induktivität senkt und seinen Silsbee-Strom erhöht. Dieses Merkmal ist in bezug auf die aus weichem Supraleiter bestehenden Torabschnitte in der Schaltung besonders wichtig. Bei der Herstellung von Schaltungen der in Fig. 4 gezeigten Art besteht jedoch die Möglichkeit, daß die oberen und unteren Abschnitte der bifilaren Leiter nicht genau fluchten. Wenn das der Fall ist, besteht große Gefahr, daß ein Suprastrom in den die Schaltung bildenden Leitern eingefangen wird. Diese Gefahr kann ausgeschaltet werden, indem die ganze Schaltung auf einer Abschirmung aus einem Supraleiter angeordnet wird, wie es bei SO schematisch dargestellt ist. Durch das Vorhandensein dieser Abschirmung wird die Induktivität gegenüber der unter Ver-Wendung der bifilaren Anordnung erreichbaren Induktivität nicht merklich gesenkt. Jedoch kann das Problem der genauen Ausrichtung von bifilaren Leitern sehr schwierig werden, wenn Schaltungen wie die in Fig. 4 gezeigte durch Aufdampfung im Vakuum oder durch ähnliche Massenproduktionsverfahren für gedruckte Schaltungen hergestellt werden. Daher sollte die Verwendung der Abschirmung 50 zur Verhinderung der Festsetzung von Supraströmen in den verschiedenen Leitern bei der Schaltungskonstruktion ernsthaft erwogen werden, da solche Supraströme nachteilige Auswirkungen auf die Wirkungsweise der Schaltung haben können. Man hat z.B. beobachtet, daß eingefangene Ströme in einem Tor- oder Steuerabschnitt dazu führen können, daß sich die Eigenschäften eines aus ihnen bestehenden Kryotrons bei wiederholten Betätigungen ändern. Man sieht also, daß die Abschirmung 50 eine wichtige Funktion in einer Schaltung der in Fig. 4 gezeigten Art erfüllt. Außerdem kann, wie genauer in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 beschrieben wird, eine obere Abschirmung vorgesehen werden. Bei einer solchen Anordnung, d.h. bei Verwendung sowohl einer oberen als auch einer unteren Abschirmung sowie bifilarer Leiter, wird die Induktivität der Schaltung gegenüber derjenigen, die allein mit bifilarer Anordnung erreichbar ist, merklich reduziert.

Die in Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiele sind im großen ganzen schematisch dargestellt, und die geometrischen Auslegungen sind übertrieben gezeichnet, um die verschiedenen Schaltungspfade klar zu veranschaulichen. Fig. 4 a ist ein Querschnitt auf der Ebene α-α der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung

und zeigt den tatsächlichen Aufbau einer solchen Schaltung z.B. unter Verwendung der Aufdampfung im Vakuum. Diese Figur zeigt die ebene Unterlage, auf der die Schaltung angeordnet ist, sowie verschiedene in Fig. 4 nicht enthaltene Schichten aus Isoliermaterial. Auf die Unterlage 52 wird zunächst eine Abschirmung aus einem harten Supraleitermaterial aufgebracht, die als Abschirmung 50 dient. Auf die Abschirmung 50 wird eine Schicht aus Isoliermaterial

schnitt 44,4 enthält, wird auf den oberen Abschnitt des Torelements 46 aufgebracht, und damit ist der Vorgang beendet.

Wie schon erwähnt, wird durch die Verwendung 5 einer doppelten Abschirmung die Induktivität von Supraleiterschaltungen stark herabgesetzt, und gleichzeitig wird die Möglichkeit verringert, daß magnetischer Fluß in den die Schaltungen bildenden Leitern aufgefangen wird. Ein weiterer Vorteil, der durch die

54 aufgebracht und danach der untere Abschnitt des io Verwendung sowohl einer oberen als auch einer Steuerelements 36. Dann wird eine Isolierschicht 56 unteren Abschirmung bei der Herstellung von Supraaufgebracht, die sich — wie Fig. 4 a erkennen läßt — leiterschaltungen der Art, auf die die Erfindung genicht über die ganze Länge des unteren Abschnitts richtet ist, erreicht wird, besteht darin, daß die Mögdes Steuerelements erstreckt, so bei der späteren lichkeit einer Kopplung zwischen Leitern in der Aufbringung des oberen Abschnitts des Steuerele- 15 Schaltung, die von demselben Leiter überquert werments dieser mit dem unteren Abschnitt am linken den, stark verringert wird. Außerdem kann man bei Ende der Vorrichtung, wie in Fig 4 a gesehen, Kon- Verwendung einer einzigen Abschirmung oder einer takt macht. Nach Aufbringung der Isolierschicht 56 oberen und einer unteren Abschirmung deutliche wird der untere Streifen 28 B des Pfades 28 auf ge- Vorteile erreichen, indem man die die Schaltung bilbracht, und der Querschnitt von Fig. 4 a zeigt den 20 denden Leiter mit der Abschirmung verbindet, so Torabschnitt 34 B dieses Streifens. Danach wird auf daß die Abschirmung Rückkehrpfade für einen an den Torabschnitt 34 B eine Isolierschicht 58 und diese Leiter angelegten Strom bildet. Diese Prinzipien dann der obere Streifen 28 A mit dem in Fig. 4 a ge- können vorteilhaft mit denen des bifilaren Aufbaus zeigten Torabschnitt 34,4 aufgebracht. Dann wird kombiniert werden, um Supraleiterschaltungen mit eine Isolierschicht 59 aufgebracht und, wie die Zeich- 25 sehr vielen wünschenswerten Eigenschaften zu ernung erkennen läßt, vereinigt sich diese Isolierschicht langen. Ein Ausführungsbeispiel für eine solche mit der vorher aufgebrachten Schicht 56, um die Tor- Schaltung zeigt Fig. 5.

abschnitte 34,4 und 34 B vollständig gegen den In dem Ausführungbeispiel von Fig. 5 sind die die

oberen und den Unteren Abschnitt des Steuerelements Schaltung bildenden Leiter monofilar mit Ausnahme 36 zu isolieren. Als letzter Schritt in dem Aufdamp- 30 des eigentlichen Torleiterabschnitts, der bifilar ist. fungsverfahren wird der obere Abschnitt des Steuer- Die Schaltung hat sowohl eine obere als auch eine elements 36 aufgebracht. Die linken Enden des untere Abschirmung und weist daher insgesamt eine oberen und des unteren Abschnitts des Steuerele- niedrige Induktivität auf. Verbindungen bestehen von ments 36 werden an der Stelle vereinigt, wo die Iso- der Schaltung zu den Abschirmungen, so daß diese lierschicht 56 endet, um die bifilare Verbindung zu 35 als Rückkehrpfade für den der Schaltung zugeführten erhalten, die graphisch in Fig. 4 dargestellt ist. Strom dienen. Eine dritte Abschirmung überbrückt

In der vorstehenden Beschreibung von Fig. 4 a ist die obere und die untere Abschirmung an den bifinur die Aufbringung der verschiedenen Schichten er- laren Abschnitten des Torleiters. Bei dieser Anordwähnt worden, welche die Steuer- und Torabschnitte nung wird die Möglichkeit des Einfangens von Suprades Eingabekryotrons für den rechten Pfad der Schal- 40 strömen in den die Schaltung bildenden Leitern ebentung von Fig. 4 bilden. Es versteht sich, daß gleich- so stark verringert wie die Möglichkeit der Erzeugung zeitig mit der Aufdampfung der diese Abschnitte bil- von kreisenden Strömen in der Abschirmung. Der denden Schichten entsprechende Schichten, die andere Torteil der Schaltung weist einen relativ hohen Teile der Schaltung von Fig. 4 bilden, aufgedampft Silsbee-Strom auf, und da das Tor bifilar ist und werden. Fig. 4 b ist ein Querschnitt auf der Ebene b-b 45 zwei besondere Abschnitte enthält, die durch den von Fig. 4 und veranschaulicht, wie die übrigen Teile Steuerleiter normalleitend gemacht werden, weist es der Schaltung von Fig. 4 tatsächlich aufgebaut sind, im Normalzustand einen relativ hohen Widerstand um zu dem dargestellten bifilaren Kryotron zu ge- auf.

langen. Wie in Fig. 4 a ist die erste aufgedampfte Der Torleiterpfad 72 in der Schaltung von Fig. 5

Schicht die Abschirmung 50, und ihr folgt eine Iso- so erstreckt sich von einer Eingangsstromklemme 74 lierschicht 54, die dieselbe Ausdehnung wie die Ab- aus zu einem Verbindungspunkt 76, wo er sowohl an schirmung hat. Danach wird der untere Streifen 28 B die obere Abschirmung 78 als auch an die untere des Pfades 26 aufgebracht, welche den in Fig. 4 b ge- Abschirmung 80 angeschlossen ist. Der Rückkehrzeigten Steuerabschnitt 445 enthält. Auf diesen pfad für den im Torleiterpfad fließenden Strom ver-Steuerabschnitt wird eine Isoherschicht 60 aufge- 55 läuft durch diese beiden Abschirmungen und durch bracht, die sich mit der Isolierschicht 54 vereinigt, so eine überbrückende Abschirmung 82 in der unten

näher erklärten Weise zu einer Stromrückkehrklemme für den Torleiter.

Wie die Zeichnungen zeigen, ist der Torpfad 72 62 wird auf den unteren Abschnitt des Torelements 60 teilweise monofilar und teilweise bifilar und enthält 46 aufgebracht. Diese Isolierschicht trennt den einen monofilaren Streifen 72,4, der von der Klemme unteren Abschnitt des Torelements 46 vom oberen 74 ausgeht, zwei bifilar angeordnete Streifen 72 B und Abschnitt dieses Torelements, der auf diese Isoher- 72 C und einen zum Verbindungspunkt 76 verlaufenschicht aufgebracht wird, mit Ausnahme der Stelle den monofilaren Streifen 72 D. Die aus weichem links in der Zeichnung, wo der obere und der untere 65 Supraleiter bestehenden Abschnitte des Torpfades 72, Abschnitt verbunden sind, um die gewünschte bifilare die wahlweise durch Strom in einem Steuerleiter 86 Konstruktion zu bilden. Der obere Streifen 28 A des normalleitend gemacht werden, sind mit 72 £ bzw. Pfades 28, die den in Fig. 4b gezeigten Steuerab- 72F bezeichnet und bilden einen Teil der oberen und

daß der Steuerabscbnitt 44 B vollständig isoliert wird. Dann wird der untere Abschnitt des Torelements 46 aufgebracht. Eine weitere Schicht aus Isohermaterial

unteren Streifen 72 B und 72 C des bifilaren Teils des Torpfades. Der Steuerleiter 86 erstreckt sich von einer Stromeingangsklemme am Anschlußpunkt 88 zwischen der oberen und der unteren Abschirmung 78 und 80 aus zu einem Verbindungspunkt 90 mit diesen beiden Abschirmungen. Die obere und die untere Abschirmung bilden Rückkehrpfade direkt über und unter dem Steuerleiter 86 zur Stromrückkehrklemme 92 für den Steuerleiterstrom. Der Steuerleiter 86 enthält einen schmalen Steuerabschnitt 86/1, der sich zwischen den Torabschnitten 72 E und 72 F des Torpfades 72 erstreckt. Diese beiden Torabschnitte sind durch den Steuerleiter zugeführte Stromsignale zwischen dem supraleitenden und dem normalleitenden Zustand wahlweise umsteuerbar.

Von der Anordnung in Fig. 5 sind einige Teile abgebrochen, um mehr vom inneren Aufbau und insbesondere die Verbindungen zwischen der überbrükkenden Abschirmung 82 und der oberen und der unteren Abschirmung 78 und 80 erkennen zu lassen. An dem abgebrochenen Teil rechts von dem Abschnitt 72 B des Torleiterpfades 72 in Fig. 5 ist zu sehen, daß dort die untere Abschirmung 80 mit der überbrückenden Abschirmung 82 verbunden ist. Die obere Abschirmung 78 und die untere Abschirmung 80 sind an dieser Stelle nicht verbunden, sondern voneinander isoliert, da sie zum oberen Rand der Tafel verlaufen, entlang dessen die Eingangs- und Ausgangsklemmen angeordnet sind. Einzelne Verbindungen zwischen diesen Abschirmungen sind an den Anschlußstellen 84 und 92 vorgesehen. An dem unter dem Leiter 72 C gezeigten abgebrochenen Teil ist zu erkennen, daß hier die obere Abschirmung 78 mit der überbrükkenden Abschirmung 82 verbunden ist. Die untere Abschirmung 78 ist hier weder mit der oberen noch mit der überbrückenden Abschirmung verbunden, sondern die obere und die untere Abschirmung 78 und 80 sind entlang des unteren Randes der Anordnung verbunden, wo die Tor- und Steuerleiterpfade 72 und 86 an den Verbindungspunkten 76 und 90 an diese beiden Abschirmungen angeschlossen sind. Außerdem sind die obere und die untere Abschirmung entlang des rechten Randes der Anordnung, der mit 98 gekennzeichnet ist, miteinander verbunden. Weiterhin sind alle diese Abschirmungen entlang des linken Randes 99 der überbrückenden Abschirmung 82 verbunden. Wie die Verbindung zwischen der oberen, der unteren und der mittleren Abschirmung hergestellt ist und wie die Tor- und Steuerleiter angeordnet sind, zeigen Fig. 5 a und 5 b deutlicher, bei denen es sich um Querschnitte auf der Ebene a-a bzw. b-b in Fig. 5 handelt.

Die überbrückende Abschirmung 82 dient zur Bildung deutlicher oberer und unterer Stromrückkehrpfade in den Abschirmungen für den dem Torleiterpfad 72 zugeführten Strom, und auf diese Weise soll die Möglichkeit verkleinert werden, in den Abschirmungen unerwünschte Kreisströme zu erzeugen, die auftreten könnten, wenn nur die obere und die untere Abschirmung neben den bifilaren Streifen 72 C und 72 B des Torleiterpfades vorhanden wären. Für den Steuerleiter 86 sind sowohl obere als auch untere Rückkehrpfade durch die obere und die untere Abschirmung 78 und 82 gebildet. Wegen der bifilaren Anordnung des Torleiterpfades mit den Streifen 72 C und 72 D, die übereinanderliegen, ist jedoch die überbrückende Abschirmung 82 nötig, um deutliche obere und untere Rückkehrpfade für den Strom in der Torleiterschaltung zu bilden. Diese beiden Rückkehrpfade für den Torleiterstrom erstrecken sich in den Abschirmungen vom Verbindungspunkt 76 zu der Klemme an der Anschlußstelle 84. Der erste dieser Pfade verläuft vom Verbindungspunkt 76 aus in der unteren Abschirmung 80 unter den Streifen 72 D und 72 C zu einer Stelle am Rande 98 der Anordnung, wo sich die untere mit der oberen Abschirmung vereinigt. Dieser erste Rückkehrpfad verläuft dann weiter in der oberen Abschirmung direkt oberhalb des Streifens 72 B und von dort aus oberhalb des Streifens 72 A zum Anschlußpunkt 84. Der zweite Rückkehrpfad verläuft vom Verbindungspunkt 76 aus in der oberen Abschirmung direkt über dem Streifen 72 D der Torschaltung zu dem Verbindungspunkt zwischen der oberen Abschirmung 78 und der überbrückenden Abschirmung 82. Dieser Rückkehrpfad erstreckt sich von hier aus entlang der Unterseite der überbrückenden Abschirmung 82 in einem Pfad direkt über den Streifen 72 C der Torschaltung und dann zurück entlang der Oberseite der überbrükkenden Abschirmung 82 in einem Pfad direkt unter dem Streifen 725 und einem Teil des Streifens 72 A der Torschaltung zu einer Stelle, wo die überbrükkende Abschirmung 82 mit der unteren Abschirmung 80 verbunden ist. Dieser Rückkehrpfad verläuft von dieser Stelle aus in der unteren Abschirmung 80 zu der Klemme 84. Bei dieser Anordnung erhält also jeder der Leiter in der Schaltung von Fig. 5 sowohl einen oberen als auch einen unteren Rückkehrpfad in den Abschirmungen. Wenn in einem dieser Leiter, mit Ausnahme der äußeren Extremitäten der bifilaren Teile der Torleiterschaltung am Rand 98, ein Strom fließt, so fließen Rückströme in entgegengesetzter Richtung in Pfaden, die in der Abschirmung direkt über und unter dem betreffenden Leiter verlaufen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kryotronanordnung mit verringerter Ansprechzeit, gekennzeichnet durch die Kombination der beiden folgenden Maßnahmen:

a) Der in seinem Leitfähigkeitszustand umsteuerbare Supraleiter (1OA, 34A) und vorzugsweise auch die auf ihn einwirkende Steuerspule (12^4, 36) sind bandförmig ausgebildet, und

b) dicht über und parallel zu dem in seinem Leitfähigkeitszustand umsteuerbare Supraleiter (1OA, 34A) und vorzugsweise auch zu der auf ihn einwirkenden Steuerspule (12 A, 36) ist jeweils ein ähnlicher Leiter (10 B, 34 B bzw. 12 B, 36) angeordnet, der einen Strom gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung führt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gegekennzeichnet, daß die Leiter (10, 12, 34, 36) als dünne Filme ausgebildet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten ähnlichen Leiter (10B, 12B) dem Supraleiter (10A) bzw. der Steuerspule (12,4) als Rückleitung dienen und die Rückleitung (12 B) der Steuerspule auf die Rückleitung (10 B) des Supraleiters einwirkt.

309 537/346

ΐΐ

4. Anordnung, nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Supraleiter (34/4) zusammen mit dem parallel zu ihm verlaufenden ähnlichen Leiter (345) und der auf ihn oder auf beide Leiter einwirkenden Steuerspule (36) min-

destens teilweise von einem supraleitenden Schirm (50) umgeben ist.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsche Patente Nr. 1 082 624, 1085 916.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen