DE1183127B - Elektronisches Bauelement mit einem Supraleiter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche KL: 21 al - 36/18

Nummer: 1183 127

Aktenzeichen: N 19176 VIII a/21 al

Anmeldetag: 11. November 1960

Auslegetag: 10. Dezember 1964

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Bauelement mit einem Supraleiter, das für einen elektronischen Schalter oder für einen elektronischen Speicher verwendbar ist.

Es ist bekannt, daß ein Draht oder ein Film aus supraleitendem Material, beispielsweise aus Zinn, Blei, Tantal oder Niob, bei Abkühlung auf eine Temperatur unterhalb einer gewissen Übergangstemperatur, die dem Material eigen ist, in einen supraleitenden Zustand übergeht, in dem der elektrische Widerstand vollständig Null ist. Wird jedoch die Stärke des elektrischen Stromes, der durch den Draht oder den Film fließt, bis zu einem durch die Übergangstemperatur vorgegebenen Wert erhöht und überschreitet der Strom diesen Wert, so zeigt ein solches supraleitendes Material wieder einen von Null verschiedenen, elektrischen Widerstand und geht in den normalleitenden Zustand über.

Es ist ferner bekannt, daß dann, wenn ein Dauerstrom auf einer Kreisbahn in einem Supraleiter erzeugt wird, für den Fall, daß der Widerstand auf der Kreisbahn genau Null ist, dieser Dauerstrom ständig weiterfließt.

Es ist ein elektronisches Bauelement mit einem Supraleiter bekannt, dessen Supraleitereigenschaften durch ein von außen anzulegendes Magnetfeld zu steuern sind. Dieses Bauelement steht in Dualitätsbeziehung zu einem üblichen, elektromagnetischen Relais. Durch Anwendung des in der Elektrotechnik bekannten Dualitätsprinzips sind Schaltungsnetze, die Relais enthalten, in Schaltungsnetze zu überführen, die diese Bauelemente enthalten.

Insbesondere ist es bekannt, das steuernde Magnetfeld mittels eines Stromflusses zu erzeugen, der eine Wicklung durchfließt.

Die Erfindung bezweckt, den Strom, der den Supraleiter durchfließt, selbst zur Steuerung des Bauelementes auszunutzen.

Hierzu ist ein Bauelement eingangs genannter Art vorgesehen, gekennzeichnet durch einen Supraleiter mit wenigstens einer elektrischen Symmetrieachse, durch zwei auf der Symmetrieachse des Supraleiters liegende Erregungsanschlüsse und durch zwei auf einer Achse senkrecht zu der Symmetrieachse liegende Signaleingangsschlüsse, derart, daß der Supraleiter in vier Leitungszweige in Brückenschaltung aufgeteilt wird und die Übergänge zwischen dem supraleitenden Zustand und dem normalleitenden Zustand innerhalb des Supraleiters durch den Erregungsstrom und den Signaleingangsstrom zu steuern sind.

Das erfindungsgemäße Bauelement ist einschließlich der genannten vier Leitungszweige viel kleiner als die Elektronisches Bauelement mit einem
Supraleiter

Anmelder:

Nippon Telegraph and Telephone

Public Corporation, Tokio

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dr.-Ing. A. Weickmann

und Dipl.-Ing. H. Weickmann, Patentanwälte,

München 27, Möhlstr. 22

Als Erfinder benannt:
Kiyasu Zen'iti,
Hideo Shimura, Tokio

Beanspruchte Priorität:
Japan vom 24. November 1959 (36 418),
vom 16. Dezember 1959 (39 074)

vorbekannten Bauelemente und kann auch viel rascher umgesteuert werden. Insbesondere kann daher ein erfindungsgemäßes Bauelement auch für einen elektronischen Zähler verwendet werden, der sehr rasch zählt, während die vorbekannten Bauelemente praktisch nur als elektronische Schalter brauchbar sind. Auch ist das erfindungsgemäße Bauelement als Speicherelement zu verwenden, da es zwei verschiedene Zustände einnehmen kann, nämlich den supraleitenden und den normalleitenden Zustand, was gerade das Charakteristikum

+o für ein Digit-Speicherelement ist.

Von grundsätzlicher Bedeutung ist bei dem erfindungsgemäßen Bauelement, daß es durch den ihn selbst durchfließenden Strom umzusteuern ist. Man kann also von einer »Stromselbststeuerung« sprechen.

Es wird nämlich der Übergang vom normalleitenden Zustand in den supraleitenden Zustand und zurück durch diesen Strom gesteuert. Man kann also in besonders einfacher und in besonders wirksamer Weise, ohne Anwendung von äußeren Magnetfeldern, die Steuerung durchführen.

Das hat zur Folge, daß in einfacher Weise mittels erfindungsgemäßer Bauelemente der Aufbau von

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Grundschaltungen für logische Operationen und stand, und ein Übergang in den normalleitenden Speichervorgänge möglich wird, insbesondere der Zustand setzt ein. Zwischen dem kritischen Strom /_e Aufbau von Grundschaltungen für »NICHT«-, und der Temperatur T besteht im allgemeinen eine »ODER-« und »UND«-Operationen. Beziehung, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist. Die

In dieser und in anderer Schaltweise kann das 5 Beziehung zwischen dem fließenden Strom und dem erfindungsgemäße Bauelement in elektronischen Re- Widerstandswert bei fester Temperatur hat einen chenmaschinen, in elektronischen Schalttafeln und in Verlauf, wie sie etwa in F i g. 2 dargestellt ist. elektronischen Steueranlagen verwendet werden. Dabei Die Ausnutzung des reversiblen Übergangs zwischen

ist hervorzuheben, daß sein Verbrauch an elektrischer einem solchen supraleitenden Zustand und dem Energie gering ist. Insbesondere benötigt ein erfin- io normalleitenden Zustand ist das Wirkungsprinzip dungsgemäßes Bauelement nur sehr schwache Ein- eines Schaltelementes nach der Erfindung. In F i g. 3 schreibe- und Ableseimpulse, wenn es für Speicher- ist ein Ring aus supraleitendem Material dargestellt, zwecke verwendet wird. Während der Speicherzeit Dieser Supraleiter muß nicht notwendig die Form fließt ein Dauerstrom durch ein erfindungsgemäßes eines Ringes haben, sondern kann auch die Form Bauelement. Eingeschriebene Informationen bleiben 15 eines Rechteckes haben oder irgendeine andere Form, dadurch dauernd gespeichert. die eine das Gebilde unter rechtem Winkel schneidende

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich Symmetrieachse aufweist. An vier Stellen gleichen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs- Abstands A, B, C und D am Ringumfang sind Leibeispielen an Hand der Figuren. Es stellen dar tungsdrähte zur Zuführung elektrischer Ströme vor-F i g. 1 und 2 Darstellungen zur Erläuterung des 20 gesehen. Werden nun die Abschnitte A-D, B-D, B-C Supraleitungsphänomens, das die Wirkung der erfin- und C-A mit a, b, c und d bezeichnet und fließt ein dungsgemäßen Bauelemente erklärt; Strom 2Z₀ von Anschluß A zum Anschluß B und ein

F i g. 3 zeigt eine Verkörperung eines Schalt- Strom 2Z₁ von Anschluß C zu Anschluß D, so fließt elementes nach der Erfindung; ein Strom I₀ + I₁ durch die Abschnitte α und c und

F i g. 4 zeigt ein Diagramm zur Erklärung der 25 ein StTOmZ₀-Z₁ durch die Abschnitte b und d. Es Wirkung des Bauelementes nach der Erfindung; werde nun angenommen, daß der kritische Strom des F i g. 5 und 6 zeigen Grundaufbauten einer Schal- ringförmigen Supraleiters durch Ic gegeben ist und tung zur Ausführung logischer Operationen mit dem die Ströme Z₀ und Z₁ die in F i g. 4 dargestellten Werte erfindungsgemäßen Element; haben, daß also diese Ströme derart ausgewählt sind,

F i g. 7 zeigt ein Schema des Verlaufs eines Er- 30 daß Z₀ etwas kleiner ist als Ic und Z₀ + Z₁ zu einem regungsstromes, der zum Betrieb der Schaltungen normalleitenden Zustand führt, nach den F i g. 5 und 6 erforderlich ist; Fließt nur der Strom 2Z₀ zunächst zwischen den

Fig. 8a und 8b zeigen Verkörperungen einer Anschlüssen A und B, so wird er gleichmäßig auf die Schaltung mit mehreren Eingängen; Zweige ACB und ADB verteilt. Daher fließt der

Fig. 9a und 9b zeigen »NICHT«-Schaltungen; 35 Strom Z₀ durch jeden der Abschnitte a, b, c und d, und Fig. 10 zeigt eine »ODER«-Schaltung; jeder Abschnitt wird im supraleitenden Zustand ge-

F ig. 11 zeigt eine »UND«-Schaltung; halten. Fließt jedoch der Strom 2Z₁ vom Anschluß C

Fig. 12, 13, 14, 15, 16 und 17 zeigen andere Ver- zum Anschluß D, so wird der Stromverlauf in jedem körperungen des erfindungsgemäßen Elements; Abschnitt wie in Fig. 3 dargestellt. Die Abschnitte α

F i g. 18 zeigt eine Verkörperung eines erfindungs- 40 und c gehen in den normalleitenden Zustand über, die gemäßen Elementes, das als Speicherelement verwendet Abschnitte b und d bleiben jedoch im supraleitenden wird; Zustand. Es ist nicht notwendig, zu erläutern, daß

F i g. 19 zeigt eine andere Verkörperung des dann, wenn der Stromfluß unter diesen Umständen Speicherelementes nach Fig. 18; wieder aufhört, jeder Abschnitt sich wieder im supra-

F i g. 20, 21, 22, 23, 24 erläutern die Wirkungsweise 45 leitenden Zustand befindet. Ferner ist leicht erkennbar, des Speicherelementes nach der Erfindung; daß dann, wenn eine der in F i g. 3 dargestellten

Fi g. 25 a und 25 b zeigen den Verlauf der Ausgangs- Stromrichtungen umgekehrt wird, die Abschnittet signale des Speicherelements nach der Erfindung; und d in den normalleitenden Zustand übergehen und F i g. 26 zeigt eine andere Verkörperung eines daß dann, wenn beide Stromrichtungen umgekehrt Elementes nach der Erfindung; 50 werden, die Abschnitte α und c wiederum in den

F i g. 27 zeigt ein; Anwendungsbeispiel, in dem normalleitenden Zustand übergehen. In einem solchen erfindungsgemäße Elemente in Form einer Matrix Fall ist die Übergangscharakteristik die in F i g. 4 darangeordnet sind; gestellte. Der Übergang ist derart steil, daß im Ver-F i g. 28 zeigt ein Schaltbild, in dem ein Schalt- gleich zu dem in F i g. 4 dargestellten Fall der Strom Z₁ element nach der vorliegenden Erfindung mit einem 55 noch kleiner gemacht werden kann und daß daher Speicherelement nach der Erfindung kombiniert ist. das Umschalten zwischen dem supraleitenden Zustand Wie bereits beschrieben, geht ein Draht oder ein und dem normalleitenden Zustand durch einen sehr Film aus supraleitendem Material, wie etwa z.B. geringen Stromimpuls 2Z₁ zwischen den Anschlüssen C aus Zinn, Blei, Tantal oder Niob, wenn er bis auf eine und D gesteuert werden kann.

Temperatur T₁ unterhalb einer gewissen Übergangs- 60 Wird die elektromotorische Kraft, die zwischen den temperatur Tc abgekühlt wird, die materialeigen ist, Anschlüssen A und D in F i g. 3 erzeugt wird, als in einen supraleitenden Zustand über, in dem der Ausgangssignal verwendet, so zeigt dieses den normalen elektrische Widerstand völlig verschwindet. Wird Widerstandswert R_n in normalleitenden Zustand an. jedoch die Stärke eines elektrischen Stromes, der durch Daher ist die Ausgangsspannung wie folgt: den Draht oder Film geschickt wird erhöht bis über 6_{5 Ausgangsspannung = (/ +} / ) _Rn ^ _{h Rn} ^_{1 Rn} . . einen festen Wert Z_c (T₁), der durch die Temperatur T₁ & e> r & ν ο ι 1/ * on ₀

bestimmt ist, und überschreitet der Strom diesen Wird das Element nächster Stufe durch diese Aus-

Wert I_c, so entsteht ein normaler elektrischer Wider- gangsspannung gesteuert, so ist, wenn die nächste

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Stufe sich im supraleitenden Zustand befindet, der lung kann sehr einfach ausgeführt werden. Es reicht Belastungswiderstand O, und daher beträgt der Aus- völlig aus, Ringe zu bilden, von denen jeder eine.Spule gangsstrom: darstellt, aus supraleitendem Material besteht und die

Ausgangsspannung Ringe aneinander nahe zu bringen.

Ausgangsstrom= ■ ^2I₀. 5 Es ist bekannt, daß in Daten verarbeitenden Ge-

.. " raten in der Regel eine Binärkodierung mit etwa »I«

2 und »0« bei der Ausführung logischer Operationen ver

wendet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Bauelement

Da andererseits der notwendige Eingangsstrom kann beispielsweise der Ausgangsström, der von einem gleich 2I₁ ist, ist die Stromverstärkung etwa: io Ausgangsanschluß 3 zu einem Ausgangsanschluß 4

fließt, als Ausgangssignal »I« definiert werden und

Stromverstärkung G -·- ^2I° = ^{/o der Aus}g^ang^sstrom> ^der in umgekehrter Richtung vom

2I₁ I₁ ' Ausgangsanschluß 4 zum Ausgangsanschluß 3 fließt,

als Ausgangssignal »0«. (Bei dieser Überlegung reicht

Da I₀ >> I₁, kann eine sehr große Stromverstärkung 15 es aus, nur ein Bauelement in der in F i g. 5 dargeerhalten werden. stellten Kette zu betrachten.) Welches dieser beiden

Wie bereits erläutert, hat das erfindungsgemäße Ausgangssignale auf tritt, ist abhängig von der Richtung Element eine beachtliche Stromverstärkung und kann des Erregungsstromes 2/₀ und der Richtung des Eindaher für die verschiedensten üblichen Schaltkreise gangsstromes 2I₁. Ist der Eingangsimpuls aus mehreren verwendet werden, z.B. für bistabile Kippschaltungen 20 Impulsen zusammengesetzt, so ist das Ausgangssignal und in binären Zählschaltungen. Insbesondere kann dadurch bestimmt, ob die dem Signal »I« entsprechende ein erfindungsgemäßes Element auch zur Ausführung Summe größer ist als die dem Signal »0« entsprechende logischer Operationen verwendet werden, wie sie Summe, oder umgekehrt. Ist beispielsweise das Einweiter unten noch beschrieben werden. gangssignal aus den drei Signaion »I«, »I«'und »0« zu-

F i g. 5 zeigt eine Schaltung zur Übertragung eines 25 sammengesetzt, so wird das Ausgangssignal »I«. Dieser Impulssignals als Ausführungsbeispiel einer Schaltung Fall ist in F i g. 8 dargestellt, und zwar für den Fall zur Ausführung logischer Operationen, in der Bau- gesonderter Anschlüsse für die einzelnen Eingangselemente nach der Erfindung verwendet werden. Es sei impulse. Eine >>NICHT«-Schaltung kann ohne weiteres angenommen, daß ein Auslöseimpuls mit der Ampli- dadurch aufgebaut werden, daß man sich kreuzende tude 2I₁ an die Anschlüsse 1 und 2 gelegt wird. Ein 30 Verbindungen zwischen zwei erfindungsgemäßen Baüsolcher Auslöseimpuls kann von einer Stromquelle elementen vorsieht, wie dies in F i g. 9 a dargestellt ist. geliefert werden, die einen konstanten Strom abgibt. Auch kann man eine elektromagnetische Kopplung Das Element / wird dann vom supraleitenden Zustand zwischen den einzelnen Bauelementen vorsehen, wie zum normalleitenden Zustand umgesteuert. Wegen sie in F i g. 9 b dargestellt ist. Die Kopplung muß nur der Widerstände R₂ kann jedoch der Impuls nicht die 35 polaritätsmäßig entgegengesetzt zu den gemeinsamen Elementen, III und die folgenden umsteuern. Nur Anschlüssen der Bauelemente verlaufen,
das Element I, das zunächst einen supraleitenden Eine »ODER«-Schaltung ist in F i g. 10 angedeutet.

Zustand einnahm, wird umgesteuert. Zwischen den In dieser Figur bedeutet 0 ein Element, das ein fest-Anschlüssen A und D am Element I und zwischen den liegendes Ausgangssignal liefert, etwa stets das AusAnschlüssen C und D am Element I entsteht daher, 4° gangssignal »I«. Diese Schaltung kann als Anwendung wie oben erläutert, eine Spannung, und dement- der oben erörterten Schaltung angesehen werden, die sprechend kann eine Ausgangsspannung von den An- darauf anspricht, welche Art von Eingangssignalen, Schlüssen C und D abgegriffen werden. Diese Ausgangs- ob »I«-Signale oder »0«-Signale, überwiegen (»Majorispannung lief ert einen Auslöseimpuls an das Element II tätsprinzip«).

über den Widerstand R₂. Obwohl der elektrische Strom, 45 Eine »UND «-Schaltung kann gebildet werden, indem der durch das Element II dadurch fließt, den Strom in man ein Element, das ein konstantes Ausgangssignal dem entsprechenden Zweig des Elementes I herabsetzt, (Minus) liefert, etwa stets das Signal j>0«, an einen kehrt das Element I wieder in den supraleitenden Zu- Eingangsanschluß schaltet, wie dies Fi g.ll darstellt, stand zurück, da im allgemeinen die Übergangszeit Ein erfindungsgemäßes Element in der Form eines

der Rückkehr vom normalleitenden Zustand in den 5" Ringes wurde erläutert. Ein erfindungsgemäßes EIesupraleitenden Zustand länger ist als die Übergangs- ment kann jedoch auch die Form' eines Quadrats, zeit vom supraleitenden Zustand zum normalleitenden eines Rechtecks, eines Kreis'es, eines Hohlquädrätes Zustand. Das Element II kann also durch das Element I od. dgl. haben. Stets müssen jedoch zwei Symrrietriedurch Ausnutzung des Unterschieds dieser beiden achsen vorgesehen sein, die sich unter'rechteri Winkeln Übergangszeiten umgesteuert werden. Die in Fig. 5 55 schneiden.

dargestellte Schaltung wirkt also als Verzögerungs- Die Existenz elektrischer Symmetrieachsen' läßt

kette für Digitimpulse oder, in anderen Worten, als sich auch auf die Existenz geometrischer Symmejiieeine verzögernde Durchlauf schaltung für Digitimpulse. achsen zurückführen. Macht man beispielsweise den Die Größe des Widerstands i?₂ wird unter dem Zweig ACB des ,Supraleiters dünn und kurz und Gesichtspunkt des Gleichgewichts zwischen der Strom- ⁶° den Zweig ADB dick und lang, wie in Fig. 17 darverstärkung durch das Element und dessen Widerstand gestellt, hat ein solches Element, selbst wenn die im normalleitenden Zustand in dem jeweiligen Zweig Eingangs- und Ausgangsenschlüsse und die Erregungsdes Elementes gewählt. Der Durchlauf eines Impulses Stromanschlüsse nicht auf Symmetrieachsen liegen, in einer Richtung kann dann über eine Vielzahl von die sich unter rechten Winkeln schneiden, die gleiche Stufen erfolgen. 65 Wirkung wie ein in Zusammenhang mit F i g. 3

In manchen Fällen ist es zweckmäßiger, eine elektro- beschriebenes Element.

magnetische Kopplung der Stufen untereinander zu Ein Speicherelement wird durch Abänderung des

verwenden, wie in F i g. 6 dargestellt ist. Die Kopp- Schaltelementes nach der Erfindung erhalten. Fließt

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einmal ein Dauerstrom auf einer Kreisbahn aus Stromrichtungen der F i g. 20 berücksichtigt, so

irgendeinem Grunde in einem Supraleiter, so fließt ergibt sich:

dieser Dauerstrom, da der Widerstand auf der Kreis- stromfluß durch den Abschnitt A-D = I₀ + I₀,

bahn genau Null ist, standig weiter. Durch Aus- Stromfluß durch den Abschnitt A-C = J - I₁, nutzung solcher Dauerstrome kann man also eine 5 _{Stromfluß durch den} Abschnitt C-B = / + /,

Speicherwirkung erzielen. In dem beschriebenen stromfluß durch den Abschnitt D-B = J - /.

Schaltelement sind der Eingangsanschluß, der Aus- *

gangsanschluß und der Erregungsanschluß derart In einem solchen Fall ist also der Strom I₀+ I₁

angeordnet, daß sie normalerweise sich schneidende der größte.

Symmetrieachsen haben. Bei einem Speicherelement io Wird nun der Strom / erhöht, so wird der Strom

sind der Eingabe- und der Ausgabeanschluß (welch I₀ + I₁ als erster den kritischen Stromwert J_c errei-

letzterer ein Eingabeanschluß ist, wenn eingegeben chen, und daher kommt der Abschnitt A-D zuerst

wird, aber ein Ausgabeanschluß, wenn ausgegeben in den normalleitenden Zustand. Da jedoch alle

wird) auf einer Nicht-Symmetrieachse angeordnet; anderen drei Abschnitte im supraleitenden Zustand die Erregungsstromanschlüsse müssen hingegen auf 15 sind, so fließt der durch die Erhöhung gegebene

einer Symmetrieachse angeordnet sein. Stromanteil von / durch den Zweig CBD, und nur>

Eine Verkörperung eines Speicherelementes nach der Strom I₂ wird erhöht. Wird der Strom weiter

der Erfindung wird in Zusammenhang mit Fig. 18 erhöht, so erreicht der StromI₀ + I₂ als nächster

erläutert. Speisestromleitungen sind zu den Stellen A den kritischen Wert I₀, und der Abschnitt C-B geht und B am Umfang eines Rings oder eines Drahts 20 ebenfalls in den normalleitenden Zustand über. Im

oder eines Films aus supraleitendem Material derart folgenden sei nun der Zwischenzustand betrachtet,

geführt, daß der Ring durch die Anschlüsse A und B in dem allein der Abschnitt A-D den normalleitenden

in zwei Hälften geteilt wird. Die Form des Supra- Zustand erreicht hat, der Abschnitt C-B den Zustand

leiters ist nicht auf die eines Ringes begrenzt, sondern jedoch noch nicht erreicht hat. kann irgendeine andere Form haben, die eine Kreis- 25 In einem solchen Fall bestehen die Beziehungen

bahn oder eine Umlaufbahn zuläßt, welche Symmetrie- j λ- τ — τ

achsen aufweist. Es ist notwendig, daß die Strom- _und 01c

anschlüsse im Bereich der Schnitte der Symmetrie- I=I /

achse mit der Kreisbahn angelegt werden. Eine Daher eilt * *'

andere Verkörperung ist in Fig. 19 dargestellt. 30 I=I /

Stromanschlüsse C und D sind zusätzlich zu den _un(j ^{1 c} °

Stromanschlüssen A und B erforderlich. Es ist not- I=I IA-I

wendig, daß die Anschlüsse C und D nicht auf den * e 0·

Symmetrieachsen liegen. Wie aus Fig. 21 erkennbar, ist ein solcher Zu-

Wie bereits in Zusammenhang mit F i g. 2 erläu- 35 stand äquivalent einem Stromfluß in den dort dar-

tert, befindet sich das supraleitende Element dann, gestellten Richtungen mit den Strömen

wenn der auf einer Umlaufbahn befindliche Strom j ^

unterhalb eines festen kritischen Wertes I_c liegt, der I₁ = -- .-,--,

durch die Temperatur des Elementes und den Quer- L₁ + L₂

schnitt der Umlaufbahn bestimmt ist, in einem supra- 4° , IL₁

leitenden Zustand. Wird der kritische Strom über- h — -γ—j

L₁ + Lo schritten, so entsteht ein Widerstand, und der Umlauf-

weg wird in den normalleitenden Zustand über- , _ J L₂

geführt. ^y» ^ ^J" ⁺ X₁ IjT^ ~ ^Ic>

Fließt nun ein Strom 2J₀ vom Anschluß A zum 45

Anschluß B, so wird er gleichmäßig auf die beiden weil

Zweige ACB und ADB aufgeteilt. Daher fließt ein J₁ = J₁' - J_s' = J_c - I₀,

StromJ₀ durch jeden Zweig. Bleibt der StromJ₀ 7=7' — 7' = 7—7 4-7

unterhalb des kritischen Wertes I₀, und wird er dort * * ^{s c} °' .

gehalten, so ist jeder Zweig in supraleitendem Zu- 5° Wird in einem solchen Zustand nun der Strom 7

stand. Fließt nun ein Strom J vom Anschluß C zum weggenommen, so verschwindet

Anschluß!), so fließt ein StTOmJ₁ durch den Zweig τ τ

CAD und ein Strom I₂ durch den Zweig CBD. Das J₁' = _T ~

heißt, es gilt I=I₁ + I₂. Die Aufteilungsverhält- L₁ + L₂

nisse sind jedoch umgekehrt proportional zu den 55 aus dem Zweig CAD und der Strom

induktiven Blindwiderständen der jeweiligen Zweige. τ τ

Ist also I₂ = —r—

L₁ = Induktanz auf dem Zweig CAD und _{aus dem Zweig CB£) Der Dauerstrom} χ _{bleibt er}_

L₂ = Induktanz auf dem Zweig CBD, 6o halten, und es ergibt sich ein Zustand, wie in F i g. 22

dargestellt. In einem solchen Fall kehrt jeder Zweig

so sind die Ströme J₁ und J₂ wie folgt gegeben: in den supraleitenden Zustand zurück, und daher

fließt der Dauerstrom J₃' weiter und nimmt nicht ab.

j _ IL* _und j __ ^1lt. Wird weiterhin der Strom 2J₀ zwischen den Aa-

L₁ + L₂ * L₁ + L₂ ' 65 Schlüssen A und B weggenommen, so bleibt allein

der Dauerstrom J₃', wie in Fig. 23 dargestellt.

Ist L₁ < L₈ zur Abkürzung der folgenden Erläute- Es ist ersichtlich, daß dann, wenn die Ström-

rungen angenommen, so ist J₁ > J₂. Werden die richtung des hinzugefügten Stromes zwischen dea

Anschlüssen C Und D umgekehrt wird und wenn der der Ablesestrom, der in den Anschluß C einfließt, Strom vom Anschluß D zum Anschluß C geschickt derart, daß er gleichmäßig zunirarflt, so ist der Zeitwird, die Richtung des Stromes I₃ ebenfalls um- punkt, in dem der Strom I₀ + I₃ + i_% den kritischen gekehrt wird. Mit einem Element nach der Erfindung Stromwert I_e erreicht-, derjenige, bei dem der Strom, ist es daher möglich, einen Dauerstrom auf einer sich S der durch den Zweig CBD fließt, nicht Weiter anschließenden Bahn in einem Supraleiter zu erzeugen, wächst und auf einem festen Wert bleibt. ZU gleicher in dem man einen Eingangssignalstrom zwischen den Zeit wird die Stromzunahme des Stromes, def durch Anschluß C und D fließen läßt, während man einen den Zweig CAD fließt, groß. Da sich jedoch eine geeigneten Vorerregungsstrom zwischen den An- Induktanz in jedem der Abschnitte befindet, weiden Schlüssen A und B fließen läßt. Die Richtung des io durch eine solche Verschiedenheit der Ansfiegs-Dauerstroms wird, wie erkennbar, durch die Polarität geschwindigkeiten der Ströme DifFereüzimpulse erdes hinzugefügten Signals bestimmt. Daher kann zeugt, wie in Fi g, 25a dargestellt, und zwar dieses erfindungsgemäße Element als Speicherelement zwischen den Anschlüssen A und B. verwendet werden. Fließt in einem solchen Fall der Werden die Stromriehtungen an den Anschlüssen

Strom 2I₀ vom Anschluß A zum Anschluß B und ist 15 A und C so, wie erörtert, gelassen und wird ällöiri die der Strom I₀ derart ausgewählt, daß er etwas niedriger Richtung des Dauerstrpmes /_a' gegenüber" def örstliegt als der kritische Strom I_Ci so kann ein Signal genannten Richtung gegen den Uhrzeigersinn Umgespeichert werden, das durch einen schwachen Strom- gekehrt, so ist der Spannungsimpuls, der zwischen den impuls mit dem Signalimpuls/ gegeben ist. Anschlüssen A und B entsteh^ so, wie in" Fig. 25b

Das Wirkungsprinzip einer Eingabeoperation in ein 20 dargestellt, also von umgekehrter Polarität zu den Speicherelement nach der Erfindung ist oben erklärt in Fig. 25a dargestellten. Dahör känn der emworden. Im folgenden muß nun das Prinzip der Ab- geschriebene Zustand, d. h. die Richtung des Däüerlesung eines der eingegebenen bzw. eingeschriebenen stromes, durch die erläuterte¹ Meinöde ftefäus-Signale erläutert werden. Ist in ein Speicherelement gelesen werden.

nach der Erfindung ein Signal wie oben angegeben 35 Fließt bei einem Speicherelement nach der Ereingeschrieben, so kann der dieses Signal repräsen- finduug der Strom 21₀ zwischen den Anschlüssen A tierende Dauerstrom nur in zwei Zuständen fließen, und B auf der Symmetrieachse und ist er geeignet nämlich im Uhrzeigersinn, wie beschrieben, und ausgewählt, so ist selbst dann, wenn der" ßinscüreibegegen den Uhrzeigersinn. Zur Vereinfachung der fol- strom 7 und der Ausschreibe- öder Ablesestföm i genden Erläuterung sei angenommen, daß der Dauer- 30 zwischen den Anschlüssen C und D auf def Nichtstrom I₃' gegen den Uhrzeigersinn fließt, wie in Symmetrieachse fließen und hinreichend klem sind, Fig. 23 dargestellt. Fließt in diesem Zustand ein eine Speicherwirkung zu erzielen. Strom 2/₀ vom Anschluß Λ zum Anschluß B, so In dem beschriebenen Element würde die heraus-

wird er in Anteile von je I₀ auf jeden der Zweige ACB gelesene Ausgangserregung zwischen den· Anschlüssen und ADB aufgeteilt, und es ergibt sich ein Zustand 35 A und B abgenommen. Jedoch kanu, wie in Fig. 26 einer Stromverteilung, wie sie in Fig. 22 dar- dargestellt, auch ein getrenntes Paar von Ablesegestellt ist. Es fließt also ein Strom Z₀ + /_g' durch aaschlüssea E und F vorgesehen sein, den Zweig ACB und ein Strom I₀ —1₃' durch den Es ist offensichtlich, daß ein erfindungsgemäßes

Zweig ADB. Da in diesem Fall beide Abschnitte im Speicherelement für sich allein wirksam ist und daher supraleitenden Zustande bleiben, wenn I₀ +1₃ < Ic 4° als einziges verwendet werden kann. Werden mehrere ist, gilt aber solche Elemente verwendet, so ist es zweckmäßig,

_T, _ IL₂ sie in Form einer Matrix anzuordnen, wie aus

³ ~~ L₁+ L₂ Fig· 27 erkennbar, und zwar zweckmäßig in einer

Ebene.

Daher ist es notwendig, daß der Einschreibestrom / 45 Der Supraleiter, der nach der Erfindung für ein

derart ausgewählt ist, daß die Bedingung Speicherelement verwendet wird, kann die Form

, _T eines Ringes, eines Quadrates, eines Rechteckes oder

i— < 2 (I_c — I₀) eines Kreises haben, dessen vertikale Diagonale

^i + ^2 nicht durch die horizontale Diagonale in gleiche Teile

erfüllt ist. 50 aufgeteilt wird.

Fließt in einem solchen Zustand ein Auslesestrom i Das supraleitende Schaltelement und das supra-

vom Anschluß C zum Anschluß D, so fließt ein Strom leitende Speicherelement nach der Erfindung können

., in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden.

Z₁ = —L-?— Insbesondere dann, wenn ein dreiphasiger Erregungs-

^i + Li 55 stromimpuls für die Vorerregungsströme 21₀ ver-

durch den Zweig CAD und ein Strom ^{wendet wi}L^d: ^t eine solche Kombination sehr

wirksam. Fig. 28 zeigt eine Verkörperung einer

IL₁ solchen Kombination. Werden das Schaltelement X

^Z2 ⁼ L + L ^und das Speicherelement Y miteinander in der be-

60 schriebenen Weise kombiniert und wird ein Eingangs-

durch den Zweig CBD. Es ergibt sich eine Strom- signalimpuls 21₁ an das Element X gelegt, so geht

auf teilung, wie sie in Fig. 24 gezeigt ist. In einem die verstärkte Ausgangserregung zum Element Y,

solchen Fall ist also der Strom I_p + I₃ + i₂, der und es erfolgt eine Einspeicherung. Ist ein Dauer-

durch den Abschnitt C-B fließt, der größte und er- strom als Kennzeichen einer Speicherung bereits in

reicht als erster den kritischen Stromwert I_c. Erreicht 65 dem Element Y vorhanden, so wird ein Spannungs-

der durch den Abschnitt C-B fließende Strom den impuls zwischen den Ausgangsanschlüssen 0 und 0'

kritischen Stromwert I_c, so kann der Strom nicht durch den Eingangssignalimpuls· 21₁ erzeugt, und es

weiter über diesen Wert erhöht werden. Ist daher kann eine Ablesung vorgenommen werden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektronisches Bauelement mit einem Supraleiter, das für einen elektronischen Schalter oder für einen elektronischen Speicher verwendbar ist, gekennzeichnet durch einen Supraleiter mit wenigstens einer elektrischen Symmetrieachse, durch zwei auf der Symmetrieachse des Supraleiters liegende Erregungsanschlüsse und durch zwei auf einer Achse senkrecht zu der Symmetrieachse liegende Signaleingangsanschlüsse, derart, daß der Supraleiter in vier Leitungszweige in Brückenschaltung aufgeteilt wird und die Übergänge zwischen dem supraleitenden Zustand und dem normalleitenden Zustand innerhalb des Supraleiters durch den Erregungsstrom und den Signaleingangsstrom zu steuern sind.

2. Supraleitendes Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Supraleiter mit zwei Erregungsanschlüssen und zwei Signal- ao eingangsanschlüssen versehen ist, die derart auf sich rechtwinkelig schneidenden Symmetrieachsen liegen, daß Übergänge zwischen dem supraleitenden Zustand und dem normalleitenden Zustand des Supraleiters durch den Signaleingangsstrom zu steuern sind.

3. Supraleitendes Schaltelement nach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, daß der Supraleiter die Form eines Ringes, eines Quadrats, eines Rechtecks, einer Kreisscheibe oder eines Hohlquadrats hat.

4. Supraleitendes Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Supraleiter zwei Erregungsanschlüsse hat, die auf einer

Symmetrieachse liegen, daß er zwei Eingabe- oder Ausgabeanschlüsse hat, die derart auf einer zur Symmetrieachse senkrecht liegenden NichtSymmetrieachse des Supraleiters angeordnet sind, daß eine fortlaufende Erzeugung eines gleichbleibenden Stromes durch Überführung des Supraleiters zwischen dem supraleitenden Zustand und dem normalleitenden Zustand zu steuern ist und elektrische Signale aus dem genannten gleichbleibenden Strom abzuleiten sind.

5. Supraleitendes Speicherelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Ausgabeanschlüsse getrennt von den zwei Eingabeanschlüssen liegen.

6. Supraleitendes Speicherelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Supraleiter die Form eines Ringes, eines Quadrats, eines Rechtecks, eines Kreises oder eines modifizierten Diamanten hat.

7. Informationsspeicher, gekennzeichnet durch eine Kombination von supraleitenden Schaltelementen nach einem der Ansprüche 2 Und 3 und supraleitenden Speicherelementen nach einem der Ansprüche 4 bis 6.

8. Logische Schaltung, in der ein dreiphasiger Erregungsstromimpuls an die Erregungsanschlüsse des supraleitenden Elements nach Anspruch 1 derart gelegt wird, daß eine logische Operation und eine logische Speicheroperation auszuführen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 056 182, 1 049 959, 960.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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