DE1253316B - Bistabiles Schaltelement mit einer supraleitenden Leiterschleife - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. CL:

GlIc

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

H03k
Deutsche Kl: 21 al-37/66

Nummer: 1253 316

Aktenzeichen: J 13845IX c/21 al

Anmeldetag: 12. Oktober 1957

Auslegetag: 2. November 1967

Die Erfindung betrifft ein bistabiles Schaltelement zu Steuer- und Speicherzwecken, vorzugsweise für elektronische Rechenmaschinen, mit einer supraleitenden Leiterschleife, in welchem ein äußeres Magnetfeld erst bei kurzzeitigem Überführen eines j Teils der Leiterschleife in den normalleitenden Zustand durch ein zusätzliches Magnetfeld (Schalt- oder Steuerfeld) in das Innere der Leiterschleife eindringt, und durch anschließendes Abschalten des äußeren Magnetfeldes ein Supraleiterstrom erzeugt wird.

Von Kamerlingh-Onnes ist im Jahre 1913, also zwei Jahre nach der Entdeckung der Supraleitfähigkeit bestimmter Metalle und Metallegierungen, gefunden worden, daß ein im supraleitenden Zustand befindlicher Körper durch ein Magnetfeld bestimmter Mindestfeldstärke wieder in den normalleitenden Zustand zurückversetzbar ist. Die hierzu benötigte Feldstärke — der sogenannte kritische Feldstärkewert — hängt von der Temperatur sowie vom Material des Versuchskörpers ab.

Eine technische Verwertung hat diese Erscheinung bei Schaltungsanordnungen gefunden, die unter der Bezeichnung »Cryotronschaltungen« bekanntgeworden sind. Das Grundbauelement von Cryotronschaltungen ist in der Regel ein von einer Magnetspule umgebener geradliniger Leiter in Form eines Drahtes, der bei Feldstärken des Magnetfeldes der Spule unterhalb des kritischen Feldstärkewertes Supraleitfähigkeit zeigt und der bei Spulenströmen, durch die der kritische Feldstärkewert erreicht bzw. überschritten wird, vom supraleitenden Zustand in den normalleitenden Zustand zurückkehrt. Wird die Feldstärke des Magnetfeldes der Spule wieder auf Werte unter den kritischen Feldstärkewert vermindert, so hat dies wiederum den Leitfähigkeitswechsel des geradlinigen Drahtes vom normalleitenden Zustand zum supraleitenden Zustand zur Folge. Ein von einer Stromquelle passend bemessenen Innenwiderstandes gelieferter Strom ist somit durch ein Grundbauelement der oben beschriebenen Art in seiner Größe durch das Magnetfeld der Spule sprunghaft umschaltbar. Ein einfacher Cryotronkreis zeigt also im wesentlichen das gleiche elektrische Verhalten wie die sogenannten Torschaltungen, deren Realisierung im allgemeinen durch Vakuumröhren oder Halbleiter-Schaltelemente erfolgt. Es ist bereits bekannt, aus einer Mehrzahl einfacher Cryotronkreise Schaltungen aufzubauen, die hinsichtlich ihrer Wirkungsweise denjenigen Schaltungsanordnungen im wesentlichen entsprechen, die auf der Kombination von Torkreisen beruhen, die Röhren und bzw. oder Halbleiter-Schaltelemente enthalten. Aus Cryotronkreisen gebildete Bistabiles Schaltelement mit einer supraleitenden Leiterschleife

Anmelder:

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft m. b. H., Sindelfingen, Tübinger Allee 49

Als Erfinder benannt:

Richard Lawrence Garwin, Scarsdale, N. Y.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 15. Oktober 1956

Schaltungen erscheinen auf Grund ihres geringen Raumbedarfs dann von besonderem Vorteil, wenn eine große Anzahl von Torkreisen aufzuwenden ist. Dies trifft beispielsweise bei digitalen Rechenmaschinen zu. Verschiedene logische Schaltungen für solche Maschinen setzen in großer Menge bereitzustellende Torkreise bzw. Kombinationen von Torkreisen voraus, deren Realisierung durch Cryotronkreise bereits angeregt wurde. In Anbetracht der Fortschritte, die im letzten Jahrzehnt hinsichtlich der Schaffung leistungsfähiger HeIi um verflüssiger zu verzeichnen waren, fallen bei Cryotronschaltungen die erforderlichen Kühleinrichtungen durchaus nicht als ein Nachteil ins Gewicht, der die sonst mit solchen Schaltungen verknüpften Vorteile wieder aufheben würde. Als Vorteil der Cryotronkreise wären im übrigen noch die günstigen Voraussetzungen zu nennen, die auf tiefem Temperaturniveau arbeitende Schaltungen ganz zwangläufig bezüglich der durch das Wärme-Rauschen verursachten Störspannungen mit sich bringen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, Schaltungsanordnungen, bei welchen durch die Feldstärkeänderung eines Magnetfeldes der Leitfähigkeitszustand eines Leiters entsprechend niedriger Temperatur zwischen dem supraleitenden und dem normalleitenden Zustand umsteuerbar ist, durch die Ausnutzung der Erscheinung, daß in einem Leiterkreis, bei welchem sich alle Bestandteile im supraleitenden Zustand befinden, ein Supraleiterstrom induzierbar ist, der ohne weitere äußere Energiezufuhr so lange in der Leiterschleife fließt, bis zumindest ein Teil der Leiterschleife in den normalleitenden Zustand zurückversetzt wird, neue, für die Steuer- und Regelungstechnik sowie für die Technik

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der Daten- und Informationsverarbeitung bedeutsame Teil der in sich geschlossenen, zwischen den zwei Leit-

Anwendungsmöglichkeiten zu erschließen. fähigkeitszuständen umsteuerbaren Leiterschleife als

Dieser Gedanke wird gemäß der Erfindung da- Spule ausgebildet, die in dem Fall, daß die ganze durch in eine technisch verwertbare Form überführt, Leiterschleife sich im supraleitenden Zustand bedaß bei Schaltungsanordnungen der eingangs näher 5 findet und ein Supraleiterstrom in dieser Leiterbezeichneten Art die Einrichtung zum kurzzeitigen schleife angeregt worden ist, ein Magnetfeld erzeugt, Überführen eines Teiles der supraleitenden Leiter- das der Steuerung weiterer Schaltglieder dient. Als schleife in den normalleitenden Zustand aus zwei solches weiteres Schaltglied ist beispielsweise ein koinzident zu erregenden, sich über diesem Teil der zylindrischer Körper denkbar, dessen elektrische Leiterschleife kreuzenden Steuerleitern besteht, io Leitfähigkeit durch das Magnetfeld zwischen dem welche gegen die Leiterschleife entkoppelt in einer supraleitenden Zustand und dem normalleitenden Symmetrieachse der Leiterschleife oder spiegelbild- Zustand mit dem Ziel umschaltbar ist, die mit der lieh zu einer solchen verlaufen, und daß die Einrich- Änderung der elektrischen Leitfähigkeit einhertung zum Anlegen eines äußeren Magnetfeldes aus gehende Änderung des Wärmeleitvermögens von einer Leiteranordnung besteht, welche mindestens 15 Metallen, die zur Supraleitfähigkeit anregbar sind, zu einem Teil der Leiterschleife parallel verläuft. zur Verwirklichung eines Wärmeflußschalters auszu-

Die Tatsache, daß bei der Schaltungsanordnung nutzen. Von W. Heisenberg ist in der Abhandnach der Erfindung der in der geschlossenen Leiter- lung »Das elektrodynamische Verhalten der Supraschleife angeregte Supraleiterstrom sich ohne Energie- leiter« in der »Zeitschrift für Naturforschung«, zufuhr beliebig lange aufrechterhält, läßt die bei der 20 Bd. 3 a, H. 2, S. 65 bis 75 (Februar 1948), die Er-Schaltungsanordnung nach der Erfindung vorge- scheinung vorhergesagt worden, daß Metalle mit sehene, in sich geschlossene Leiterschleife als guter Leitfähigkeit für Elektrizität und Wärme im Speicherzelle eines Speichers besonders geeignet er- elektrisch normalleitenden Zustand bei Überführung scheinen. Als Kriterium für die Art der eingespei- in den supraleitenden Zustand zu Wärmeisolatoren cherten Information kann dabei das Vorhandensein 25 werden. Diese Vorhersage ist nach kurzer Zeit von bzw. NichtVorhandensein von Supraleiterstrom, ge- C. V. Heer und J. G. Daunt experimentell ergebenenfalls aber auch die Stromstärke des in der härtet worden. Unter Auswertung dieses Effekts läßt geschlossenen Leiterschleife induzierten Supraleiter- sich aus einer Leiterschleife, für welche die Reihenstromes, dienen. Die in einem aus einer Vielzahl schaltung eines in seiner Leitfähigkeit umsteuerbaren solcher Speicherzellen bestehenden Speicher einge- 30 Leiters und eines stets im supraleitenden Zustand brachte Information geht bei Versagen der Netz- befindlichen Leiters in Form einer Spule sowie Schaltstromversorgung zumindest innerhalb eines längeren mittel charakteristisch sind, die den umsteuerbaren Zeitraumes nicht verloren, da das als Kühlmittel Leiter der Leiterschleife zunächst in den normaldienende flüssige Edelgas, in welchem sich die leitenden, dann in den supraleitenden Zustand verSpeicherzellen befinden, durch die bei der Kühlein- 35 setzen und anschließend in der Leiterschleife einen richtung vorgesehenen wärmeisolierenden Mittel nur Supraleiterstrom induzieren, in Weiterbildung der langsam verdampft. Hinsichtlich des Speicherver- Schaltungsanordnung nach der Erfindung ein Wärmemögens von Information über den Zeitraum eines fußschalter mit besonders vorteilhaften Betriebs-Netzausfalles hinweg ist somit ein nach den Lehren eigenschaften aufbauen, wenn das vom Supraleiterder Erfindung aufgebauter Speicher den Speicher- 40 strom in der Spule der Leiterschleife erzeugte systemen, die auf der Ausnutzung von Magnetisie- Magnetfeld zur Steuerung des Wärmeleitvermögen» rungserscheinungen beruhen, als durchaus gleich vor- eines auf einem entsprechend niedrigen Temperaturteilhaft zu erachten. Die Abtastung eines nach den niveau befindlichen Körpers vorgesehen wird, der Lehren der Erfindung verwirklichten Speichers ist das Wärmeleitschaltglied des Schalters bildet. Ein ohne Zerstörung der eingespeicherten Information 45 solcher Wärmeflußschalter ist mit Vorteil bei möglich, wenn das Magnetfeld des in einer Speicher- adiabatischen Entmagnetisierungs-Kühleinrichtungen zelle kreisenden Supraleiterstromes zur Anzeige des verwendbar

Vorhandenseins bzw. NichtVorhandenseins von Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestal·

Supraleiterstrom in einer Speicherzelle bzw. die Feld- tungen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung

stärke des Magnetfeldes, das von einem hinsichtlich 50 gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den

seiner Stromstärke beispielsweise durch die Höhe des Zeichnungen hervor. In den Zeichnungen zeigt

Induktionsstromstoßes steuerbaren Supraleiterstrom F i g. 1 ein Diagramm, das für verschiedene Metalle

in der Speicherzelle herrührt, zur Kennzeichnung der die Abhängigkeit des kritischen Feldstärkewertes voü

Art der eingespeicherten Information herangezogen der Temperatur angibt,

wird. Der Raumbedarf der Schaltungsanordnung 55 Fig. 2 eine Ausführungsform der SchaltungS-nach der Erfindung kann überaus klein gehalten anordnung nach der Erfindung,
werden und ist dadurch noch weiter verringerbar, F i g. 3 eine andere Ausführungsform der Schalwenn insbesondere im Falle der Anwendung der tungsanordnung nach der Erfindung, bei welcher die Schaltung nach der Erfindung für Speicherzwecke die Abtastung von in sich geschlossenen, als Speicher-Speicherzelle zusammen mit den Schaltungsanord- 60 zellen dienenden Leiterschleifen hinsichtlich des Vor*- nungen, die zum Einschreiben und zum Ablesen von handenseins bzw. Nichtvorhandenseins von SupraInformation aus dem Speicher erforderlich sind, leiterstrom in diesen Leiterschleifen durch Schaltunter Zugrundelegung eines von der Technik der ge- mittel erfolgt, die ohne Rückwirkung auf einen etwa in druckten Schaltungen Gebrauch machenden Ver- den Leiterschleifen kreisenden Süpraleiterstrom sind, fahrens hergestellt werden. 65 F i g. 4 die Schaltungsanordnung nach der Erfin-

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist dung als Speicherzelle, der Schaltmittel zugeordnet

ferner mit großem Vorteil bei Steuereinrichtungen sind, welche die Speicherzelle zunächst in den nor-

anwendbar. In solchen Fällen wird zweckmäßig ein malleitenden, dann in den supraleitenden Zustand

versetzen und anschließend gegebenenfalls in der Speicherzelle einen Supraleiterstrom induzieren,

Fig. 4A und 4B den Einspeicherungsvorgang von Information bei der Speicherzelle gemäß F i g. 4 erläuternden Zeitdiagrammen,

F i g. 5 und 6 andere Ausführungsformen von Speicherzellen, bei welchen der Einspeicherungsvorgang im grundsätzlichen der gleiche ist wie bei der Speicherzelle nach F i g. 4,

F i g. 7 A bis 7 C weitere Ausführungsformen von Speicherzellen,

Fig. 8A und 8B Diagramme zur Erläuterung des Einspeicherungsvorganges bei den Speicherzellen gemäß Fig.7A bis 7C,

F i g. 9 einen A'Y-Koordinatenspeicher, bei welehern als Grundbauelemente Ausführungsformen der Schaltanordnung nach der Erfindung dienen,

Fig. 10, 11 und 12 einen weiteren XY-Koordinatenspeicher, für dessen Grundbauelemente Ausführungsformen der Schaltanordnung nach der Erfindung vorgesehen sind, in Schnittdarstellung sowie in perspektivischer Darstellung,

Fig. 13 eine adiabatische Entmagnetisierungs-Kühleinrichtung mit einem Wärmeflußschalter, der nach den Lehren der Erfindung aufgebaut ist,

Fig. 14 das Arbeitsdiagramm der durch Fig. 13 veranschaulichten Kühleinrichtung.

Es ist bekannt, daß ein im supraleitenden Zustand befindlicher Körper, der in ein Magnetfeld eingebracht ist, bei Zunahme der Feldstärke dieses Magnetfeldes über einen gewissen Schwellwert H_e hinaus, der eine Funktion der Temperatur t (° K) ist und ferner vom Material des Versuchskörpers abhängt, seine Supraleitfähigkeit verliert. Aus dem in F i g. 1 dargestellten Diagramm ist der Schwellwert H_e in Abhängigkeit von der Temperatur für Blei, Niobium und Tantal ablesbar. Die Kurve 10 gibt dabei die Verhältnisse für Blei, die Kurve 11 für Niobium und die Kurve 12 für Tantal wieder. Das Diagramm gemäß F i g. 1 sagt aus, daß die oben- *o genannten Metalle sich dann im supraleitenden Zustand befinden, wenn der Schnittpunkt einander zugeordneter Feldstärke- und Temperaturwerte innerhalb der Fläche zu liegen kommt, welche von der Kurve des betreffenden Materials und den sich kreuzenden Achsen des Koordinatensystems begrenzt ist. Wächst entweder die Feldstärke oder die Temperatur eines zunächst supraleitenden Körpers auf Beiträge an, die zu einem Schnittpunkt der Temperatur- und Feldstärkewerte außerhalb dieser Fläche führen, so wird der betreffende Körper normalleitend.

Unter Zugrundelegung des in F i g. 1 gezeigten Diagramms werde zum Beispiel angenommen, daß ein aus Blei bestehender Körper auf die im Diagramm eingetragene Temperatur T abgekühlt wird. Solange das magnetische Feld, in dem sich der Bleikörper befindet, eine Feldstärke aufweist, die kleiner ist als der aus dem Diagramm entnehmbare Wert H_c (T), ist der Körper supraleitend. Wird nunmehr die Feldstärke des magnetischen Feldes unter Beibehaltung der Temperatur T über den Wert H_c (T) hinaus gesteigert, so wird der Bleikörper in den normalleitenden Zustand übergeführt. Die FeldstärkeH_C(T), bei welcher der Übergang vom supraleitenden Zustand in den normalleitenden Zustand erfolgt, wird als »kritische Feldstärke« bezeichnet.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß der Wirkwiderstand eines Körpers, dessen Temperatur so gewählt ist, daß er in einem Feldstärkebereich zwischen Null und einem gewissen Wert des ihn umgebenden magnetischen Feldes Supraleitfähigkeit zeigt, durch weitere Steigerung der Feldstärke dieses Feldes auf einen Widerstandswert umsteuerbar ist, der dem normalleitenden Zustand entspricht, und daß dieser Widerstandswert durch Herabsetzung der Feldstärke dieses Feldes um einen bestimmten Betrag wieder in den für die Supraleitfähigkeit charakteristischen Wert überführbar ist. Ferner geht aus F i g. 1 hervor, daß eine solche Steuerung des Leitwertes eines zur Supraleitfähigkeit anregbaren Körpers, die auf der Steuerung eines Magnetfeldes beruht, nur möglich ist, wenn die Temperatur des Körpers unterhalb jenes Temperaturpunktes gehalten wird, bei welchem bereits ohne Zutun eines magnetischen Feldes (H = 0) bei dem betreffenden Material an die Stelle der Supraleitfähigkeit die normale Leitfähigkeit tritt.

Das den Leitfähigkeitszustand des zur Supraleitung anregbaren Körpers steuernde Magnetfeld kann ein von außen her auf den Körper einwirkendes Feld sein, oder es kann ausschließlich von dem Strom hervorgerufen werden, der durch den Körper fließt, oder es kann die bewußt angewandte Überlagerung eines äußeren Magnetfeldes mit dem vom Strom durch den Körper herrührenden Magnetfeld als steuerndes Magnetfeld dienen. Es ist nämlich der kritische Feldstärkewert H_c (T) insofern zugleich mitbestimmend für den Stromstärkehöchstwert, den ein durch einen supraleitenden Körper fließender Strom annehmen darf, ohne daß der supraleitende Zustand des Körpers beendet wird, als das Magnetfeld, das der durch den Körper fließende Strom hervorruft, ebenso wie ein äußeres magnetisches Feld der Aufrechterhaltung der Supraleitfähigkeit in einem Umfang entgegenwirkt, der durch den kritischen Feldstärkewert des Materials gegeben ist, aus welchem der Körper besteht. Ein Supraleiterstrom, dessen Stromstärke auf einen gewissen Wert gesteigert wird, verursacht somit auf Grund der zugleich mit ihm anwachsenden Feldstärke seines Magnetfeldes das Erlöschen des supraleitfähigen Zustandes des Leiters, in welchem er fließt, nach Maßgabe des kritischen Feldstärkewertes H_c (T) des Leitermaterials. Der quantitative Zusammenhang zwischen dem kritischen FeldstärkewertH_c(T) und dem Schwellwert/,, der Stromstärke, die zur Aufhebung der Supraleitfähigkeit des stromdurchflossenen Leiters führt, ist bekanntlich zumindest annähernd durch die Beziehung

I_c = 2ncRH_c

gegeben. Diese Beziehung geht auf die klassische Gleichung zurück, welche die Feldstärke H an der Oberfläche eines geraden Drahtes vom Radius R mit dem in diesem Draht fließenden Strom / verknüpft:

H = JL·

incR

c ist dabei eine vom gewählten Einheitensystem abhängige Konstante.

Aus den Kurven 10 und 11 des in F i g. 1 gezeigten Diagramms geht hervor, daß bei einer Temperatur von etwa 4° K derjenige Feldstärkewert eines magnetischen Feldes, der genügt, um einen Leiter aus Blei vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand überzuführen, nicht ausreichend groß ist, um bei dieser Temperatur einen Leiter aus Niobium

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vom Zustand der Supraleitfähigkeit in den Zustand der normalen Leitfähigkeit umzusteuern. Aus F i g. 1 geht hervor, daß der kritische Feldstärkewert von Niobium unter Zugrundelegung einer Temperatur von 4° K um ein Vielfaches höher ist als der kritische Feldstärkewert von Blei. Es ist daher ohne weiteres einzusehen, daß mehrere zur Supraleitfähigkeit anregbare Körper unterschiedlichen Materials, die räumlich so dicht benachbart angeordnet sind, daß sie im Wirkungsbereich ein und desselben äußeren magnetischen Feldes liegen, durch bestimmte Feldstärkewerte dieses äußeren Magnetfeldes trotz der räumlich dicht benachbarten Anordnung unabhängig voneinander allein nach Maßgabe ihres kritischen FeldstärkewertesH_C(T) jeweils einzeln für sich hinsichtlich ihres Leitfähigkeitszustandes in der Weise umsteuerbar sind, daß ein Körper aus einem Material vergleichsweise niedrigen kritischen Feldstärkewertes H_c (T) auf Grund der eingestellten Feldstärke des äußeren Magnetfeldes seinen Leitfähigkeitszustand ändert, während ein anderer, in der Nähe befindlicher Körper aus einem Material höheren kritischen Feldstärkewertes H₁. (T) bei dem eingestellten Feldstärkewert des äußeren Magnetfeldes seinen bisherigen Leitfähigkeitszustand beibehält. In Anlehnung an die bei ferromagnetischen Werkstoffen übliche Unterteilung in »magnetisch weiche« und in »magnetisch harte« Werkstoffe sollen im folgenden zur Supraleitfähigkeit anregbare Werkstoffe mit niedrigem kritischen Feldstärkewert H_c (T) als »weiche« Supraleiter und solche mit hohem kritischen Feldstärkewert als »harte« Supraleiter bezeichnet werden. Dieser Terminologie zufolge ist Blei als weicher Supraleiter und Niobium als harter Supraleiter anzusprechen.

In dem durch F i g. 1 veranschaulichten Diagramm sind lediglich den Leitfähigkeitszustand von Blei, Niobium und Tantal in Abhängigkeit von der Feldstärke und der Temperatur angebende Kurven eingetragen. Es ist klar, daß sich entsprechende Kurven für jedes zur Supraleitfähigkeit anregbare Material ermitteln lassen. Zum Beispiel weist Zinn eine Kurve auf, die bei den in Fig. 1 gewählten Koordinatenmaßstäben unterhalb der Kurve 10 erscheinen würde. Wenn die Erfordernisse des Einzelfalles ein Material verlangen, dessen kritischer Feldstärkewert bei einer bestimmten Temperatur zwischen dem kritischen Feldstärkewert zweier Reinmetalle liegen soll, so liefert eine Legierung zweier Metalle, wie z. B. Zinn und Blei, ein Material, das den erwünschten Zwischenwert der kritischen Feldstärke bei der betreffenden Temperatur ergibt.

In gewissen Fällen kann es notwendig sein, daß das zur Supraleitfähigkeit anregbare Material im normalen Leitfähigkeitszustand einen hohen Widerstandswert zeigen soll. Ein solcher hoher Widerstandswert im normalleitenden Zustand kann dadurch erreicht werden, daß das zwischen den zwei Leitfähigkeitszuständen umzusteuernde Material, beispielsweise Blei, auf einen Graphit enthaltenden plastischen Grundkörper in Form einer dünnen Schicht aufgebracht wird. Der erhöhte Widerstandswert eines solchen Leitergebildes tritt nur in Erscheinung, wenn sich die umsteuerbare Leiterschicht im normalleitenden Zustand befindet, während im supraleitenden Zustand die Supraleitfähigkeit der dünnen Bleischicht für den Widerstandswert des Leitergebildes allein maßgebend ist.
Es ist bekannt, daß magnetische Kraftlinien, die mit einer in sich geschlossenen Leiterschleife aus supraleitendem Material zu dem Zeitpunkt verkettet sind, zu dem dieser Leiter vom normalleitenden Zustand in den supraleitenden Zustand übergeht, und diese Kraftlinien anschließend an diesen Leitfähigkeitswechsel der Leiterschleife zum Verschwinden gebracht werden, in der geschlossenen Leiterschleife ein Strom induziert wird, der so lange fließt, als der supraleitende Zustand der in sich geschlossenen

ίο Leiterschleife andauert. Im folgenden wird ein solcher Strom stets als Supraleiterstrom bezeichnet. Ein in der oben näher beschriebenen Weise angeregter Supraleiterstrom erlöscht erst dann wieder, wenn zumindest ein Teilabschnitt der Leiterschleife in den normalleitenden Zustand zurückgeführt wird. In einem solchen Fall wird der Supraleiterstrom in dem Teil des geschlossenen Stromkreises, der die normale Leitfähigkeit zurückerlangt hat, in Wärme umgesetzt.' Das Schaltbild gemäß F i g. 2 veranschaulicht eine

ao Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung, die es ermöglicht, zu Speicherzwecken in einer zur Supraleitfähigkeit anregbaren, in sich geschlossenen Leiterschleife einen Supraleiterstrom zu induzieren. Alle innerhalb des gestrichelt gezeich-

a5 neten Rechtecks 16 eingetragenen Schaltelemente befinden sich auf einem Temperaturniveau, das etwa der Temperatur T im Diagramm gemäß F i g. 1 gleich ist. Dieses Temperaturniveau hängt von dem Material ab, das für die in ihrer Leitfähigkeit zwischen dem normalleitenden und dem supraleitenden Zustand umsteuerbaren Leiter unter anderem mit dem Ziele, die erforderlichen Steuer-Feldstärken klein zu halten, gewählt wird. Im allgemeinen handelt es sich um Temperaturen in dem Bereich von 2 bis 5° K. Bei der in F i g. 2 gezeigten Schaltungsanordnung besteht die in sich geschlossene Leiterschleife, in der ein Supraleiterstrom durch einen Induktionsstromstoß hervorrufbar ist, aus einem Leiter 18 und der diesem Leiter 18 parallelgeschalteten Spule 19. Diese beiden parallelliegenden Schaltelemente sind an die Klemmen 20 und 21 geführt. Der Leiter 18 ist aus einem supraleitfähigen Material gefertigt, dessen kritischer Feldstärkewert geringer ist als der kritische Feldstärkewert des Materials, aus dem die Spule 19 besteht. Es ist aber auch möglich, den Leiter 18 und die Spule 19 aus Werkstoffen herzustellen, die etwa den gleichen kritischen Feldstärkewert aufweisen. In diesem Falle müssen jedoch die beiden parallelgeschalteten Schaltelemente 18 und 19 so voneinander getrennt angeordnet werden, daß ein magnetisches Feld, das auf das eine Schaltelement einwirkt, das andere Schaltelement nicht beeinflußt. Bei der Schaltanordnung gemäß F i g. 2 ist vorgesehen, daß sich die Spule 19 stets im supraleitenden Zustand befindet, während der Leitfähigkeitszustand des Leiters 18 zwischen dem normalleitenden Zustand und dem supraleitenden Zustand und umgekehrt umsteuerbar sein soll. Der Leiter 18 ist von einer Spule 22 umgeben, die aus einem supraleitfähigen Material mit einem kritischen Feldstärkewert gefertigt wird, der höher ist als derjenige des Leiters 18. Die Spule 22 befindet sich somit ebenso wie die Spule 19 stets im supraleitenden Zustand. Zu bemerken ist jedoch, daß es für das Wesen der Erfindung ohne Bedeutung ist, ob die Spule 22 aus einem bei der gewählten Temperatur supraleitenden oder normalleitenden Material besteht. Die Spule 22 ist mit den Klemmen 23 und 21 verbunden.

Nach Schließung des Schalters 27 liefert die Spannungsquelle 24 über den Widerstand 26 an die Klemme 23 einen Strom I₁, der über die Klemme 21 zur Spannungsquelle zurückfließt. Ferner tritt nach Schließung des Schalters 28 ein von der Spannungsquelle 24 gelieferter Strom I₂ in Erscheinung, der über den Widerstand 25 der Klemme 20 zufließt und gleichfalls über die Klemme 21 zur Spannungsquelle 24 zurückgeleitet wird. Die an den Klemmen 20 und

21 auftretenden Spannungen werden dem sogenannten ι ο Lesekreis 30 zugeführt, der aus einer Lese-Impulsschleuse und einem Verstärker aufgebaut ist. Der Lesekreis 30 dient der Abtastung der aus den Schaltelementen 18 und 19 bestehenden, in sich geschlossenen Leiterschleife hinsichtlich des Vorhandenseins bzw. NichtVorhandenseins eines in dieser Schleife kreisenden Supraleiterstromes. Der Ausgang des Lesekreises 30 ist an die Klemme 31 angeschlossen. Der Lesekreis 30 wird durch die Lese-Impulsschleuse so betätigt, daß er alle während eines Leseintervalls ao zwischen den Klemmen 20 und 21 auftretenden Spannungen verstärkt. Unter dem Ausdruck »Leseintervall« soll derjenige Zeitraum verstanden werden, in welchem das Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein eines Supraleiterstromes in der Leiterschleife aus den Schaltelementen 18 und 19 abgetastet wird.

Die Schalter 27 und 28 werden so betätigt, daß in der aus dem Leiter 18 und der Spule 19 bestehenden, in den supraleitenden Zustand versetzbaren Leiterschleife ein Supraleiterstrom angeregt werden kann. Wenn ein solcher Supraleiterstrom in der Leiterschleife hervorgerufen worden ist, fließt dieser Strom seiner Natur entsprechend beliebig lange weiter, ohne daß dieser Stromkreis der Energiezufuhr einer äußeren Stromquelle bedarf. Der Supraleiterstrom erhält sich in diesem Stromkreis mit unveränderter Amplitude aufrecht, bis ein Abschnitt des Stromkreises, beispielsweise der Leiter 18, in den normalleitenden Zustand zumindest für einen Zeitraum zurückversetzt wird, der ausreicht, um den Supraleiterstrom in dem Abschnitt des Stromkreises, der wieder normalleitend geworden ist, in Wärme umzusetzen. Der Leitfähigkeitszustand des Leiters 18 wird durch das Magnetfeld gesteuert, das von der Spule 22 herrührt. Wenn z. B. durch die Spule 22 ein Strom geleitet wird, der ausreicht, um am Anbringungsort des Leiters 18 eine Feldstärke zu erzeugen, die größer ist als der kritische Feldstärkewert des Materials, aus dem der Leiter 18 besteht, so wird letzterer in den normalleitenden Zustand übergeführt. Wird das Magnetfeld der Spule 22 wieder zum Verschwinden gebracht, so kehrt der Leiter 18 in den supraleitenden Zustand zurück. Der durch die Spulen

22 und 19 fließende Strom darf einen bestimmten Wert nicht überschreiten, damit nicht diese Ströme Magnetfelder von einer Feldstärke hervorrufen, die den supraleitenden Zustand des Materials, aus dem die Spulen 22 und 19 gefertigt sind, von vornherein ausschließen.

Das Material für den Leiter 18 weist, wie bereits erwähnt, einen niedrigeren kritischen Feldstärkewert auf als das Material, aus dem die Spulen 19 und 22 gefertigt sind. Beispielsweise besteht der Leiter 18 aus Blei oder Tantal, während als Material für die übrigen Leiter, die sich in dem durch das Rechteck 16 angedeuteten Raum befinden, Niobium vorgesehen ist. Jedoch sind auch andere Metalle, z. B.

Vanadium, Aluminium, Zinn, Titan und deren Legierungen — um nur einige zu nennen — als Werkstoffe für die Schaltelemente in Betracht zu ziehen, die entweder dauernd oder vorübergehend in der Schaltanordnung gemäß F i g. 2 Supraleitfähigkeit zu zeigen haben.

Auf Grund der in F i g. 2 gezeichneten Schalterstellungen ist davon auszugehen, daß alle innerhalb des durch das Rechteck 16 angedeuteten Raumes befindlichen Schaltelemente im supraleitenden Zustand sind. Wenn nunmehr der Schalter 27 geschlossen wird, so liefert die Spannungsquelle 24 an die Klemme 23 einen Strom I₁, der über den Widerstand 26, den geschlossenen Schalter 27 sowie über die Klemme 23 der Spule 22 zufließt und über die Klemme 21 an die Spannungsquelle 24 zurückkehrt. Der Strom I₁ soll dabei eine Stromstärke aufweisen, die ausreicht, um innerhalb der Spule 22 ein magnetisches Feld von einer Feldstärke zu erzeugen, die höher ist als der kritische Feldstärkewert H_c (T) des für den Leiter 18 gewählten Werkstoffes. Der bei Schließung des Schalters 27 einsetzende Stromfluß durch die Spule 22 bewirkt somit die Umsteuerung des Leiters 18 vom supraleitenden Zustand in den normalleitenden Zustand. Bleibt der Schalter 27 geschlossen und wird nunmehr auch der bisher offen gewesene Schalter 28 betätigt, so bedingt dies einen Strom I₂, der über den Widerstand 25, den geschlossenen Schalter 28 sowie über die Klemme 20 der Parallelschaltung aus dem Leiter 18 und der Spule 19 zugeleitet wird. Dieser Strom I₂ erreicht gleichfalls über die Klemme 21 wieder die Spannungsquelle 24. Der Strom I₂ fließt dadurch, daß durch die Schließung des Schalters 27 der Leiter 18 normalleitend geworden ist, über die nach wie vor supraleitende Spule 19, da diese Spule keinen Widerstand aufweist. Es verstreicht im übrigen eine gewisse Zeit, bis nach Schließung des Schalters 28 der Strom /, ausschließlich durch die Spule 19 fließt.

Der Schalter 27 werde nunmehr geöffnet. Hierdurch wird das durch die Spule 22 erzeugte Feld abgebaut und der Leiter 18 erneut supraleitend. Trotz des nunmehr wieder supraleitenden Zustandes des Leiters 18 fließt der Strom I₂ nach wie vor nur durch die Spule 19. Anschließend werde nunmehr der Schalter 28 geöffnet. Dies hat zur Folge, daß der durch die Spule 19 fließende Strom I₂ zu verschwinden bestrebt ist. Die in der Spule 19 gespeicherte magnetische Energie führt zu einem Induktionsstromstoß, der seinen Weg über den Leiter 18 nimmt. Da sich der Leiter 18 durch die öffnung des Schalters 27 im supraleitenden Zustand befindet, zeigt sich äußerlich die Erscheinung, daß der bis zum Öffnungszeitpunkt des Schalters 28 durch die Spule 19 geflossene Strom in einen Supraleiterstrom übergeht, der in der aus der Spule 19 und dem Leiter 18 bestehenden supraleitenden Leiterschleife zu kreisen beginnt und sich dort von selbst weiter aufrechterhält. Dieser Erscheinung liegt die Tatsache zugrunde, daß der durch die öffnung des Schalters 28 ausgelöste Induktionsstromstoß zur Anregung eines Supraleiterstromes in der Leiterschleife aus den im supraleitenden Zustand befindlichen Schaltelementen 18 und 19 Anlaß gibt. Der in der Leiterschleife aus den Schaltelementen 18 und 19 durch den Feldabbau in der Spule 19 angeregte Supraleiterstrom ist hinsichtlich seiner Stromstärke proportional dem

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Strom I₂, der während der Schließungszeit des Schal- rechterhaltbar ist. Wenn die Schaltungsanordnung ters 28 "durch die Spule 19 genossen ist. In den nach der Erfindung bei einer Rechenmaschine Anmeisten Fällen weist der Supraleiterstrom fast die Wendung findet, so geht aus Gründen, die bereits gleiche Stromstärke wie der vorausgegangene Strom dargelegt wurden, die in dieser Rechenmaschine ge- I„ auf. Wie bereits erwähnt wurde, erhält sich der 5 speicherte Information selbst dann nicht verloren, m dem Stromkreis aus dem Leiter 18 und der Spule wenn die Netzstromversorgung der Rechenmaschine 19 induzierte Supraleiterstrom ohne weitere Energie- einige Zeit unterbrochen ist. Auch werden bei einer zufuhr von außen aufrecht. Er würde mehrere Jahre nach den Lehren der Erfindung aufgebauten Speiohne merkbare Amplitudenänderungen in diesem cheranordnung alle die Nachteile vermieden, die Stromkreis fließen, vorausgesetzt, daß dieser Strom- io sonst bei einem Speicher auftreten, bei welchem in kreis nicht einem äußeren magnetischen Feld aus- . periodischen Zeiträumen besondere Maßnahmen zu gesetzt wird, dessen Feldstärke höher ist als der treffen sind, um die im Speicher befindliche Inkritische Feldstärkewert eines der Bestandteile dieses formation über den erforderlichen Zeitraum hin-Stromkreises. weg im Speicher aufrechterhalten. Des weiteren

Der in dem Stromkreis aus dem Leiter 18 und der 15 ist ein Speicher, der von in sich geschlossenen Spule 19 fließende Supraleiterstrom kann durch eine Leiterschleifen kreisenden Supraleiterströmen Gegenügend langdauernde Schließung des Schalters 27 brauch macht, mit vergleichsweise geringem Aufunterbrochen werden. Durch die Schließung des wand aufzubauen und auch wirtschaftlich zu beSchalters 27 entsteht nämlich innerhalb der Spule 22 treiben. Die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung ein Feld, das den supraleitenden Zustand des Leiters 20 eignet sich im übrigen nicht nur für Ziffern-Rechen-18 zerstört. Der Supraleiterstrom wird dann durch maschinen, sondern auch für Analogrechner und für den normalen Wirkwiderstand des Leiters 18 in andere Anordnungen, die Speicher- und Steuer-Wärme umgesetzt. zwecken dienen, denn der in der Schleife aus den

In bestimmten Fällen, beispielsweise dann, wenn Schaltelementen 18 und 19 induzierte Supraleiterdie für Speicherzwecke geeignete Schaltungsan- 25 strom ist proportional der vom Strom I₂ in der Spule Ordnung nach der Erfindung bei Datenverarbeitungs- 19 erzeugten Feldstärke. Es ist somit gegebenenfalls anlagen Verwendung findet, ist es erforderlich, das nicht nur das Vorhandensein oder Nichtvorhanden-Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Supra- sein eines Stromes als Kriterium für die Zusammenleiterstromes in der Leiterschleife abzutasten. Wäh- Setzung der gespeicherten Information verwertbar, rend eines solchen Abtastvorganges, der im folgenden 30 sondern auch die Stärke des in der Leiterschleife auch als »Lesen« bezeichnet wird, bleibt der kreisenden Supraleiterstromes.
Schalter 28 offen. Die Schließung des Schalters 27 Um den in der in sich geschlossenen Leiterschleife ruft einen Stromfluß durch die Spule 22 hervor, der kreisenden Supraleiterstrom zu löschen, ist es erforden Leiter 18 einem magnetischen Feld aussetzt. Die derlich, daß zumindest ein Teil der im supraleitenden Supraleitfähigkeit des Leiters 18 wird durch dieses 35 Zustand befindlichen Leiterschleife in den normalmagnetische Feld zerstört, und der Leiter 18 zeigt leitenden Zustand für einen Zeitraum zurückgeführt seine normale Leitfähigkeit. Der in der Spule 19 und wird, der dem Ausschwingvorgang des Supraleiterdem Leiter 18 bisher kreisende Supraleiterstrom trifft stromes angepaßt ist. Die im betrachteten Zeitpunkt dadurch auf den normalen Widerstandswert des supraleitende Leiterschleife kann im grundsätzlichen Leiters 18 und strebt dem Wert Null zu. Der im Ver- 40 durch Steigerung der Temperatur über den eine Leitschwinden begriffene Supraleiterstrom ruft infolge wertänderung bewirkenden Temperaturpunkt hinaus der normal gewordenen Leitfähigkeit des Leiters 18 oder durch Erregung eines Magnetfeldes in den an letzterem einen Spannungsabfall hervor, der auch normalleitenden Zustand zurückversetzt werden, desan den Klemmen 20 und 21 in Erscheinung tritt. sen Feldstärke höher ist als der kritische Feldstärke-Dieser Spannungsabfall unterliegt der Lese-Impuls- 45 wert desjenigen Werkstoffes der Leiterschleife, der schleuse sowie der Verstärkungswirkung des Lese- im Fall ihrer Zusammensetzung aus zwei oder mehr kreises 30. An der Ausgangsklemme 31 des Lese- hintereinandergeschalteten Abschnitten aus verschiekreises 30 tritt daher das dem Lesekreis 30 eingangs- denem Material den niedrigsten kritischen FeIdseitig zugeführte Signal verstärkt auf und kann stärkewert aufweist. Im allgemeinen kommt nur die irgendeiner geeigneten Schaltungsanordnung, bei- 50 an zweiter Stelle genannte Maßnahme für die Verspielsweise den Speicherkreisen einer Ziffern-Rechen- nichtung des Supraleiterstromes in Betracht,
maschine, zugeführt werden. In F i g. 3 ist ein Ausschnitt aus einer Speicher-

Es bedarf keiner weitergehenden Erläuterungen, schaltung dargestellt, die eine Mehrzahl von als daß bei der durch F i g. 2 veranschaulichten Anord- Speicherzellen dienenden, in den supraleitenden Zunung die Schalter 27 und 28 rein symbolisch aufzu- 55 stand versetzbaren Leiterschleifen aufweist, deren fassen sind und im allgemeinen durch Elektronen- Abtastung so erfolgt, daß die in den Speicher einröhren bzw. Halbleiterelemente anwendende Schalter gebrachte Information durch den Abtastvorgang, oder durch Schalter realisiert werden, deren Wir- vielfach auch Lesevorgang genannt, nicht zerstört kungsweise auf der Ausnutzung der Supraleitfähig- wird. Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 ist keit in der von Cryotronkreisen her bekannten Art 60 unter Anwendung der in F i g. 2 dargestellten Schalberuht, tung oder unter Anwendung der in den F i g. 4 bis

Einer der Hauptvorteile der Schaltungsanordnung 7 C gezeigten Anordnungen realisierbar. Bei der im nach der Erfindung ist — wie bereits erwähnt — folgenden gegebenen Erläuterung der Schaltungsdarin zu sehen, daß bei ihrer Anwendung für anordnung nach F i g. 3 werde angenommen, daß Speicherzwecke die auf das Vorhandensein bzw. 65 Supraleiterströme in einer oder mehreren der Spei-Nichtvorhandensein von induzierten Supraleiter- cherzellen 34 bis 37 in einem vorhergehenden Einströmen aufgebaute Speicherung von Information Speicherungsintervall — vielfach auch Schreibinterüber einen beliebig langen Zeitraum hinweg auf- vall genannt — hervorgerufen worden seien. Die

Speicherzellen 34 ... 37 bilden bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 die Grundbauelemente eines ATY-Koordinatenspeichers. Charakteristisch für jede der nach den Lehren der Erfindung aufgebauten Speicherzellen 34 ... 37 ist zusammenfassend eine in sich geschlossene, hinsichtlich ihrer Leitfähigkeit durch nicht weiter dargestellte Schaltmittel umsteuerbare Leiterschleife, in der durch gleichfalls zeichnerisch nicht angedeutete Mittel ein Supraleiterstrom induzierbar ist. Jede Speicherzelle steht dem unteren Drittel eines Lesebandes 38 gegenüber, das sich in F i g. 3 von links nach rechts erstreckt. Das Leseband

38 besteht aus einer dünnen Schicht supraleitfähigen Materials, das einen sehr hohen kritischen Feldstärkewert aufweist, so daß sich das Band 38 stets im supraleitenden Zustand befindet. Im Leseband 38 sind eine Reihe von Schlitzen 39 c ... 39 d und 40 a ... 4Od ausgestanzt. Gegebenenfalls sind die Schlitze

39 a... 39 d und 40 a... 4Od mit Isoliermaterial ausgefüllt. Des weiteren ist das Leseband 38 mit einer Mehrzahl von Einlagen 42 a... 42 d versehen, die in gleichen Abständen im oberen Drittel des Lesebandes angebracht sind. Unterhalb der Einlagen 42 a... 42 d befinden sich mit einer kleinen Rechtsverschiebung gegenüber diesen im mittleren Drittel des Bandes die Einlagen 43 a ... 43 d. Für die im unteren Drittel des Lesebandes angeordneten Einlagen 44 a... 44 d, die, wie bereits erwähnt, jeweils einer der Speicherzellen 34 ... 37 benachbart sind, ist eine Rechtsverschiebung gegenüber den Einlagen

43 a ... 43 d kennzeichnend. Jede der Einlagen 42 a .. . 42d, 43a ... 43d und 44a ... 44a* besteht aus einem, in eine Ausstanzung des Lesebandes 38 eingebrachten dünnen Plättchen eines supraleitfähigen Materials von etwa 10~³ bis etwa 10~³ cm Dicke. Dieses Material hat einen kritischen Feldstärkewert, der wesentlich kleiner ist als jener des Lesebandes 38, so daß jede dieser Einlagen durch ein magnetisches Feld passend gewählter Feldstärke vom supraleitenden Zustand in den normalleitenden Zustand übergeführt werden kann, ohne daß hierdurch der supraleitende Zustand des Materials, aus dem das Leseband 38 als solches gefertigt ist, zerstört wird.

Auf Grund der oben näher beschriebenen Verteilung der Einlagen 42 a ... 42 a", 43 a ... 43 d und

44 a... 44 d über das Leseband 38 sind jeder der Speicherzellen 34... 37 jeweils drei Einlagen 42 a, 43a, 44a bzw. 42b, 43 b, 44b... zugeordnet. Die Einlagen 42 a... 42 d und 43 a ... 43 d sind Bestandteile eines XF-Koordinaten-Wählsystems, das auf Grund der ihm zugehenden Signale die im betrachteten Zeitpunkt auf das Vorhandensein bzw. NichtVorhandensein von Supraleiterstrom abzutastende Speicherzelle für diesen Abtastvorgang bereitstellt. In der Technik der Informationsspeicher wird ein solcher Abtastvorgang meist als »Lesen« bzw. »Ablesen« bezeichnet. Dem XY-Koordinaten-Wählsystem liegt der Gedanke zugrunde, den einzelnen, in waagerechten Reihen und senkrechten Spalten angeordneten Speicherzellen eine Adresse in der Weise zuzuordnen, daß jeder Speicherzellenspalte der Af-Koordinatenwert und jeder Speicherzellenreihe der Y-Koordinatenwert eines Koordinatensystems beigegeben ist, dessen Quadrant mit den positiven Abszissen- und Ordinatenwerten die Orte der einzelnen Speicherzellen durch ein AT-Y-Wertepaar wiedergibt.

Den Einlagen 42 a ... 42 d im Leseband sind der Spaltenauswahl dienende, jeweils einen bestimmten X-Koordinatenwert aufweisende senkrechte Leitungen bzw. Bänder nach Art der in F i g. 3 mit den Bezugszeichen 46 bis 49 versehenen Leiter zugeordnet. Jeder der Leiter 46 ... 49 besteht aus einer dünnen Schicht supraleitfähigen Materials, das einen vergleichsweise hohen kritischen Feldstärkewert aufweist. Die Enden der Leiter 46 ... 49 sind jeweils

ίο einerseits an ein Grundpotential und andererseits an die ÄMCoordinaten-Matrix- und Lese-Impuls-Schaltung32 gelegt. Die Schaltung 32 hat die Aufgabe, von außen kommende, der Auswahl einer bestimmten Speicherzelle dienende Adressensignale in einen Strom umzuformen, der jeweils demjenigen der Leiter 46... 49 zuzuführen ist, dessen X-Koordinate mit der X-Koordinate der zum Lesen aufgerufenen Speicherzelle übereinstimmt. Die Y-Koordinate der zur Abtastung bereitzustellenden Speicherzelle ist bei diesem Wählsystem identisch mit der Y-Koordinate der Zeile, welcher die aufgerufene Speicherzelle angehört. Ein waagerecht verlaufender Leiter der Art des Leiters 50 ist für jede Zeile des Speichers vorgesehen. Auf Grund der in F i g. 3 gewählten Darstellungsweise sind die Einlagen 43 a ... 43 d des Lesebandes 38 dem der Zeilenauswahl dienenden, einen bestimmten Y-Koordinatenwert aufweisenden Leiter 50 zugeordnet. Auch die den Zeilenaufruf bewirkenden Leiter sind aus einem supraleitenden Material gefertigt, das einen vergleichsweise hohen kritischen Feldstärkewert aufweist. Die Leiter nach Art des Leiters 50 befinden sich daher stets im supraleitenden Zustand. Die Ausgänge der die Y-Koordinate der einzelnen Speicherzellen 34 ... 37 auswählenden Y-Koordinaten-Matrix- und Lese-Impuls-Schaltung 33 sind jeweils über Leiter analog dem Leiter 50 an ein Bezugspotential geführt. Adressensignale, die eine bestimmte Speicherzelle zum Lesevorgang aufrufen sollen, gelangen auch zur Y-Koordinaten-Auswähl-Schaltung 33, die den passenden Leiter nach Art des Leiters 50 auswählt und mit Strom beschickt. Die X- und Y-Koordinaten-Auswähl-Schaltungen 32 und 33 können nach Art einer Dioden-Matrix-Schaltung aufgebaut sein, wie sie im allgemeinen in digitalen Rechenmaschinen üblich sind. Die X- und Y-Koordinaten-Auswähl-Schaltungen wandeln an ihren Eingängen ankommende Adressensignale in zwei Ströme um und gewährleisten zugleich, daß der eine dieser Ströme demjenigen, eine Spalte aufrufenden senkrechten Leiter zugeführt wird, dessen ^"-Koordinate der X-Koordinate der abzutastenden Speicherzelle entspricht, und der andere dieser zwei Ströme denjenigen, eine Zeile aufrufenden waagerechten Leiter durchfließt, dessen Y-Koordinate der Y-Koordinate der aufzufindenden Speicherzelle gleich ist. Jeder der Ströme durch diese zwei Leiter ruft ein Magnetfeld hervor, dessen Feldstärke höher ist als der kritische Feldstärkewert der Einlagen 42 a... 42 d und 43 a... 43 rf. Diejenigen Einlagen des Lesebandes, die der unter Strom gesetzten waagerechten Aufrufleitung benachbart sind, sowie diejenigen Einsätze des Lesebandes, die der stromführenden senkrechten Aufrufleitung zugehören, werden somit in den normalleitenden Zustand umgesteuert. Nur am Ort der auszuwählenden Speicherzelle weist jedoch sowohl der Einsatz 42 a als auch der Einsatz 43 α usw. den normalleitenden Zustand auf. Wenn daher die zur Ablesung aufgerufene

Speicherzelle einen Supraleiterstrom führt, so sind nur am Ort dieser Speicherzelle alle drei Einsätze 42a, 43 a, 44a... während eines Leseintervalls im normalleitenden Zustand.

Die einer einzelnen Speicherzelle zugeordneten Einlagen 42a, 43a, 44a bzw. 42b, 43b, 44b ... und die am Ort jeder einzelnen Speicherzelle vorhandenen Ausstanzungen 39 a, 40 a bzw. 39 b, 40 b erstrekken sich jeweils lückenlos quer über das Leseband 38, so daß ein elektrischer Strom, der in Längsrichtung durch das Leseband 38 fließt, die Einlagen durchqueren muß. Wenn z. B. die Einlagen 42 c und 43 c, die der Speicherzelle 36 zugeordnet sind, sich im normalleitenden Zustand befinden und die Speicherzelle 36 keinen Supraleiterstrom führt, was Supraleitfähigkeit der Einlage 44 c bedingt, so fließt ein durch das Leseband 38 geleiteter Strom ausschließlich durch die Einlage 44 c, denn der Widerstand dieser Einlage hat den Wert Null. Wenn beispielsweise alle drei Einlagen 42 c, 43 c und 44 c, die der Speicherzelle 36 zugeordnet sind, im normalleitenden Zustand sich befinden, so bilden diese drei Einlagen einen in das Leseband 38 eingefügten Widerstand, und ein durch das Leseband 38 hindurchgeleiteter Strom ruft an diesem von den drei Einlagen herrührenden Wirkwiderstand einen Spannungsabfall hervor, dessen Größe vom Widerstand dieser drei normalleitenden Einlagen bestimmt ist. Hieraus ist ersichtlich, daß das Auftreten eines Spannungsabfalles am Leseband 38 das Vorhandensein eines Supraleiterstromes in der mit Hilfe des XY-Koordinaten-Wählsystems zum Lesen aufgerufenen Speicherzelle anzeigt.

Die Enden des Lesebandes 38 sind über die Leitungen 38 B und 38 C mit dem Lesekreis 38^4 verbunden, der aus einer Lese-Impulsschleuse und einem Verstärker besteht. Der Ausgang des Lesekreises 38^4 ist mit einer Ausgangsklemme 38 D verbunden. Während eines Leseintervalls gibt ein an den Eingang 38 £ des Lesekreises 38,4 angelegtes Lesesignal den Lesekreis 38 A zur Abtastung frei, so daß der Lesekreis 38 A einen am Leseband 38 auftretenden Spannungsabfall eingangsseitig aufnehmen und verstärken kann. Wenn daher eine Speicherzelle, die in einem Leseintervall durch das .XT-Koordinaten-Wählsystem zum Lesen aufgerufen worden ist, einen Supraleiterstrom führt, erscheint ein Spannungsimpuls an der Ausgangsklemme 38 D des Lesekreises 3SA. Führt die durch das .XT-Koordinaten-Wählsystem zum Lesen aufgerufene Speicherzelle keinen Supraleiterstrom, so erscheint an der Ausgangsklemme 38 D des Lesekreises 38 ^i während des Leseintervalls kein Spannungsimpuls.

Die Art, wie aus der in F i g. 3 dargestellten Speicheranordnung eine eingespeicherte Information abiastbar ist, soll im folgenden an Hand der Annahme näher beschrieben werden, daß die Speicherzelle 36 eine Informationseinheit enthält, die durch das Fließen eines Supraleiterstromes in der Speicherzelle 36 charakterisiert ist. Der in der Speicherzelle 36 kreisende Supraleiterstrom ruft ein magnetisches Feld hervor, das die Einlage 44 c des Lesebandes 38 in den normalleitenden Zustand versetzt.

Die Zeile des Speichers, welcher die Speicherzelle 36 angehört, wird dadurch aufgerufen, daß durch den der Zeilenauswahl dienenden Leiter 50 ein von der y-Matrix-Schaltung gelieferter Strom geleitet wird. Der Strom durch den Leiter 50 ruft ein Magnetfeld hervor, das die Supraleitfähigkeit jeder der Einlagen 43 a ... 43 d dieser Zeile zerstört.

Die Spalte des Speichers, welcher die Speicherzelle 36 zugeordnet ist, wird dadurch ausgewählt, daß dem der Spaltenauswahl dienenden Leiter 48 . durch die X-Matrix-Schaltung ein Strom zugeführt wird. Der Strom durch die Aufrufleitung 48 erzeugt ein Magnetfeld, dem alle Einlagen entlang dieser senkrecht verlaufenden Aufrufleitung ausgesetzt sind

ίο und deren Supraleitfähigkeit vernichtet. Auch die Einlage 42 c wird somit durch den Strom in der Aufrufleitung 48 in den normalleitenden Zustand übergeführt. Durch die Stromlieferungen an die Aufrufleitungen 48 und 50 sind die der Speicherzelle 36 zugeordneten Einlagen 42 c und 43 c in den normalleitenden Zustand übergeführt worden. Andererseits sind bei all den Speicherzellen, die mit der Speicherzelle 36 entweder die Zeile oder die Spalte gemeinsam haben, jeweils entweder nur die Einlagen 43 a, 43 b, 43 d oder nur die oberhalb und unterhalb der Einlage 42 c befindlichen Einlagen des Lesebandes in den normalleitenden Zustand versetzt worden. Ausschließlich das gleichzeitige Auftreten normalleitender Einlagen 42 c und 43 c am Ort der abzu- lesenden Speicherzelle 36 bewirkt somit den Aufruf dieser Speicherzelle. Wie bereits oben dargelegt wurde, ruft der auf Grund eines vorangegangenen Einspeicherungsvorganges in der Speicherzelle 36 kreisende Supraleiterstrom ein Magnetfeld hervor, das die Einlage 44 c in den normalleitenden Zustand überführt. Wenn ein Supraleiterstrom in der zur Abtastung ausgewählten Speicherzelle 36 fließt, zeigt somit jede der drei dieser Speicherzelle zugeordneten Einlagen 42 c, 43 c und 44 c normalleitendes Verhalten während des Leseintervalls. Der durch das Leseband 38 geleitete Strom ruft an dem Widerstand, den die im normalleitenden Zustand befindlichen Einsätze 42 c ... 44 c aufweisen, einen Spannungsabfall hervor, der dem aus einer Lese-Impulsschleuse und einem Verstärker bestehenden Lesekreis 38^4 zugeführt wird. Der Lesekreis 38/1 verstärkt dieses Eingangssignal und gibt an die Ausgangsklemme 38 D einen Ausgangsimpuls ab, der als Kennzeichen für das Vorhandensein eines Supraleiterstromes in der Speicherzelle 36 dient.

Bei der praktischen Verwirklichung der in F i g. 3 dargestellten Schaltung befinden sich die innerhalb des .gestrichelt wiedergegebenen Rechtecks 16 A angeordneten Schaltelemente in einem Raum von einer Temperatur, deren Höhe nach den gleichen Gesichtspunkten gewählt ist wie das Temperaturniveau innerhalb des bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 gestrichelt angedeuteten Rechtecks 16.
Die durch Fig. 3 veranschaulichte Schaltungsanordnung stellt lediglich einen kleinen Ausschnitt aus einer Speicheranordnung dar, die in der Praxis eine viel größere Anzahl von Zeilen und Spalten mit den zugehörigen Speicherzellen umfaßt. Dementsprechend dehnt sich auch das Leseband 38 über eine Fläche aus, die der von der Gesamtzahl der Speicherzellen eingenommenen Fläche entspricht. Auch bei großer flächenhafter Ausdehnung hat jedoch das Leseband durch entsprechend angebrachte Ausschnitte oder Flächenabschnitte aus Isoliermaterial eine solche Form, daß eine Strombahn entsteht, die der Reihe nach an jeder einzelnen Speicherzelle vorbeiführt. Es ist ferner möglich, eine Vielzahl von Speicherebenen vorzusehen und hier-

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durch eine Vielzahl von Informationseinheiten, die geben. Das magnetische Feld, das von jedem einzelzu einem Wort oder zu einer Zahl zusammensetzbar nen der Ströme I₁ und /₂ hervorgerufen wird, weist sind, zu speichern. Jeder dieser Speicherebenen ist eine Feldstärke auf, die geringer ist als der kritische dabei ein Leseband zugeordnet. Feldstärkewert des supraleitenden Materials, aus

Bei der Erläuterung der in Fig. 3 dargestellten 5 dem die Leiterschleife 51 besteht. Jedoch ergibt das Schaltungsanordnung ist bisher vorausgesetzt wor- koinzidente Auftreten der Ströme I₁ und I₂ ein resulden, daß die Speicherzellen 34 bis 37 so aufgebaut tierendes magnetisches Feld, dessen Feldstärke sind, daß auf Grund eines vorangegangenen Ein- größer ist als die kritische Feldstärke des Werkstoffes speicherungsintervalls in den einzelnen Zellen In- der Leiterschleife 51. Dieses resultierende magneformation gespeichert worden ist, die durch das io tische Feld ist somit in der Lage, den Abschnitt der Vorhandensein oder NichtVorhandensein eines Supra- Leiterschleife 51 am Punkt 51A in den normalleitenleiterstromes in den Speicherzellen ausdrückbar ist. den Zustand zu überführen. Der Wirkwiderstand Im folgenden soll das Zustandekommen dieser Ein- dieses normalleitenden Abschnittes der Leiterschleife Speicherungsvorgänge näher beschrieben werden. 51 setzt einen etwa vor Beginn des betrachteten

In F i g. 4 ist eine nach den Lehren der Erfindung 15 Schreibintervalls in dieser Leiterschleife vorhanden aufgebaute Speicherzelle veranschaulicht, die in einer gewesenen Supraleiterstrom in Wärme um. Am Ende Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 anwendbar ist. eines Einspeicherungsintervalls werden die Ströme In einer solchen Speicherzelle ist auf Grund eines I₁, I₂ gleichzeitig zum Verschwinden gebracht. Hiervielfach auch als Schreibvorgang bezeichneten Ein- durch wird der durch die Ströme I₁ und I₂ in den Speicherungsvorganges ein Supraleiterstrom induzier- 20 normalleitenden Zustand versetzte Abschnitt des bar, der sich von selbst beliebig lange Zeit aufrecht- Stromkreises 51 wieder supraleitend. Nachdem auf erhält, bis sein Erlöschen aus Gründen einer ander- diese Weise im gesamten Stromkreis 51 der supraweitigen Verwendung dieser Zelle veranlaßt wird. leitfähige Zustand wiederhergestellt worden ist, Die Speicherzelle weist eine kreisringförmige Leiter- hängt das Auftreten eines Supraleiterstromes im schleife 51 auf, die aus einem dünnen Belag supra- 25 Stromkreis 51 davon ab, ob nunmehr im Stromkreis leitenden Materials gefertigt ist. Die Leiterschleife 51 51 durch die Flußänderung eines magnetischen Feikann beispielsweise aus einer dünnen Schicht aus des ein einen Supraleiterstrom auslösender Induk-Blei oder Tantal bestehen, die mittels eines Vakuum- tionsstromstoß hervorgerufen wird oder nicht. Aufdampfverfahrens auf einer Platte aus Isolierstoff Es ist allgemein bekannt, daß durch den plötzniedergeschlagen ist. Parallel zur Ebene der Leiter- 30 liehen Aufbau oder Abbau eines magnetischen Feischleife 51 erstreckt sich in geringem Abstand ober- des, dessen Feldlinien die Mittenöffnung einer Leiterhalb von letzterer in waagerechter Richtung die Lei- schleife in einer zur Ebene der Leiterschleife senktung 52. Die Leitung 52 ist Bestandteil eines XY- rechten Richtung durchdringen, in dieser Leiter-Koordinaten-Wählsystems, durch das jede einzelne schleife ein Strom induziert wird. Es ist klar, daß Speicherzelle zu einem vielfach auch »Schreib- 35 keine Feldänderung im Mittenraum der Leiterschleife Vorgang« genannten Einspeicherungsvorgang aufruf- auftreten kann, wenn die Leiterschleife mit keinem bar ist. Durch die Aufrufleitung 52 wird diejenige Feld verkettet ist. Diese triviale Feststellung erscheint Zeile der in Zeilen und Spalten angeordnet zu den- notwendig, um sich zu vergegenwärtigen, daß das kenden Speicherzellen angesprochen, in der sich die Nichtvorhandensein eines durch die öffnung der zum Schreibvorgang aufzurufende Speicherzelle be- 40 Leiterschleife tretenden Feldes auch auf dem Vorfindet. Ferner ist eine beim Einspeicherungsvorgang handensein zweier Felder beruhen kann, die sich eine Spalte von Speicherzellen aufrufende Leitung 53 infolge Feldstärkegleichheit und entgegengesetzter vorgesehen, die gleichfalls parallel zur Ebene des Feldlinienrichtung innerhalb der öffnung der Leiterkreisringförmigen Leiters 51 in einem solchen Ab- schleife aufheben. Ferner wäre noch zu bemerken, stand und in einer solchen Richtung verläuft, daß 45 daß ein in einer normalleitenden Leiterschleife hersie die Leitung 52 im rechten Winkel kreuzt, ohne vorgerufener Induktionsstromstoß durch den Wirkeine leitende Verbindung mit der Leitung 52 herzu- widerstand der Leiterschleife in Wärme umgesetzt stellen. Die Lage des Kreuzungspunktes 51,4 der wird. Unter Bezugnahme auf diese physikalischen Aufrufleitungen 52 und 53 ist dabei oberhalb eines Tatsachen sei nunmehr die Induktion eines SupraPunktes der kreisringförmigen Leiterschleife 51 so 50 leiterstromes in der Leiterschleife 51 näher erläutert, gewählt, daß die Leitungen 52 und 53 symmetrisch Die Aufrufleitungen 52 und 53 bilden ein Achsen-

in bezug auf die Rotationsachse des kreisringförmi- kreuz, dessen Quadranten in der aus F i g. 4 näher gen Leiters 51 angeordnet sind. Schließlich weist die ersichtlichen Weise mit I bis IV bezeichnet seien. Die Speicherzelle einen den Umfang der kreisringförmi- in den eingetragenen Richtungen fließenden Ströme gen Leiterschleife 51 in Form einer oder mehrerer 55 I₁ und /, rufen rings um die Leitungen 52 und 53 Windungen umgebenden Leiter 54 auf. Das vom magnetische Felder hervor, deren Richtung gleich-Leiter 54 durch diese eine Windung bzw. durch diese falls durch Pfeile kenntlich gemacht ist. Die Feldmehreren Windungen bei Stromdurchgang erzeugte linienrichtung dieser magnetischen Felder ergibt sich Feld soll im folgenden als Hauptfeld bezeichnet wer- aus den bekannten Regeln über die Zuordnung von den, denn dieses Feld ist für die Induktion eines 60 Stromrichtung und Flußrichtung. Auf Grund der für Supraleiterstromes in der kreisringförmigen Leiter- die Ströme I₁ und I₂ gewählten Richtungen addieren schleife 51 maßgebend. sich die von den Strömen I₁ und /₂ hervorgerufenen

Im Schreibintervall wird der Leitung 52 ein Strom Felder im Quadranten II und im Quadranten IV, zugeführt, der in F i g. 4 von links nach rechts während in den Quadranten I und III eine Subtrakffießend angenommen ist. Des weiteren wird im 65 tion der Felder eintritt.

Schreibintervall die Leitung 53 von einem Strom I₂ Die Feldsubtraktion in den Quadranten I und III durchflossen. Die Richtung dieses Stromes ist in ist die Ursache dafür, daß im Falle der Gleichheit F i g. 4 durch den nach oben weisenden Pfeil ange- der Stromstärken der Ströme I₁ und I₂ die in F i g. 4

eingezeichnete strichpunktierte Linie diejenigen Orte angibt, an denen die Feldstärke Null herrscht. Diese Linie schneidet den Kreuzungspunkt 51^4 der Leitungen 52 und 53 und schneidet des weiteren die kreisringförmige Strombahn unter einem Winkel von 45° gegenüber der Waagerechten. In F i g. 4 dringt der Fluß oberhalb der strichpunktierten Linie in die Papierebene ein, während er unterhalb der strichpunktierten Linie aus der Papierebene heraustritt. Der Gesamtfluß, der den im Quadranten III befindlichen Innenraum der Leiterschleife 51 durchsetzt, hat daher den Betrag Null. Hieraus ergibt sich, daß durch die Ströme J₁ und J₂ kein Supraleiterstrom in der Leiterschleife 51 induziert werden kann, wenn diese Ströme gleich groß sind und koinzident ein- und ausgeschaltet werden. Der Fluß, der mit der Leiterschleife 51 verkettet sein muß, um durch seine Änderungen in der Leiterschleife 51 einen Supraleiterstrom während eines Schreibintervalls zu induzieren, wird durch den die Hauptfeldwicklung 54 durchfließenden Strom /₃ hervorgerufen. Der durch die Hauptfeldwicklung 54 fließende Strom /₃ erzeugt ein Magnetfeld, dessen Feldlinien die Papierebene in senkrechter Richtung durchdringen. Die Feldlinienrichtung dieses Feldes und damit auch die Stromrichtung ist dabei unwesentlich.

Für die Anregung oder Nichtanregung eines Supraleiterstromes in der Leiterschleife 51 ist die Schaltfolge der Ströme I₁, I₂ und I₃ maßgebend. Wenn beispielsweise die Binärziffer Null in der Leiterschleife 51 gespeichert werden soll und für die Speicherung dieser Binärziffer das NichtVorhandensein eines Supraleiterstromes in der Leiterschleife 51 charakteristisch sein soll, darf zu dem Zeitpunkt, zu dem der Abschnitt 51^4 der Leiterschleife 51 von seinem normalleitenden in den supraleitenden Zustand zurückkehrt, also nach der Abschaltung der Ströme I₁ und J₂, kein Strom J₃ durch die Hauptfeldwicklung 54 fließen. Soll dagegen in der Leiterschleife 51 die Binärziffer Eins gespeichert werden und ist für die Speicherung dieser Binärziffer das Vorhandensein eines Supraleiterstromes in der Speicherzelle vereinbart, so darf der vom Strom/₃ in der Hauptfeldwicklung 54 erzeugte Hauptfeldfluß erst nach dem Zeitpunkt zum Verschwinden gebracht werden, zu dem der Abschnitt 51^4 der Leiterschleife 51 durch Abschaltung der Ströme I₁ und J₂ vom normalleitenden in den supraleitenden Zustand übergeführt worden ist. Die mit dem Abbau des Hauptfeldes verknüpfte Flußänderung induziert dann in der im supraleitenden Zustand befindlichen Leiterschleife 51 einen Supraleiterstrom.

Das vorstehend Ausgeführte ist an Hand der in den Fig. 4A und 4B gezeigten Impulsdiagramme noch näher erläutert.

Fig. 4A zeigt dabei den Einspeicherungsvorgang der Binärziffer Null in die Leiterschleife 51. Zu Beginn des Schreibintervalls werden die Ströme I₁ und J₂ gleichzeitig eingeschaltet, und am Ende des Einspeicherungsintervalls werden diese beiden Ströme wieder gleichzeitig ausgeschaltet. Es ist die Aufgabe der Impuls-Schleusenschaltungen, welche die An- und Abschaltung der Ströme I₁, I₂, J₃ steuern, daß im Fall der Einspeicherung der Binärziffer Null während des Schreibintervalls der Strom J₃ überhaupt nicht eingeschaltet wird oder in dem Fall, daß er zu Beginn des Schreibintervalls eingeschaltet worden ist, früher wieder ausgeschaltet wird, als zu dem Zeitpunkt, zu dem die Ströme J₁, J₂ verschwinden. Der Fall der Abschaltung des Stromes J_q vor der Abschaltung der StTOnIeJ₁ und J₂ ist in Fig. 4A gestrichelt wiedergegeben.

Wie aus Fig. 4B ersichtlich, wird die Binärziffer Eins in der Leiterschleife 51 mittels des Stromes J₃ in der Weise eingespeichert, daß der vom Strom J₃ in der Hauptfeldspule 54 erzeugte Fluß und damit auch der Strom J₃ über den Abschaltzeitpunkt der

ίο Ströme J₁ und J₂ hinaus fortbesteht. Dadurch, daß die Ströme J₁ und J₂ früher als der Strom J₃ ausgeschaltet werden, ist auch nach dem Zeitpunkt, zu dem auf Grund der Abschaltung der Ströme J₁ und J₂ die Leiterschleife 51 gänzlich supraleitend ist, ein den

is Mittenraum der Leiterschleife 51 durchdringendes magnetisches Feld vorhanden, und der durch die nunmehrige Abschaltung des Stromes J₃ vor sich gehende Feldabbau des Hauptfeldflusses induziert in der Leiterschleife 51 einen Supraleiterstrom, der sich von selbst weiter aufrechterhält.

In F i g. 5 ist eine zweite Ausführungsform einer nach den Lehren der Erfindung aufgebauten Speicherzelle dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird die Mittenöffnung der zur Supraleitfähigkeit anregbaren Leiterschleife 51B von den den Zeilenaufruf und den Spaltenaufruf bewirkenden Leitern 55 und 56 durchdrungen. Der Strom J₁ fließt dabei durch den Leiter 55 und der Strom L₂ durch den Leiter 56 in gleicher Richtung. Die Ströme J₁ und J₂ erzeugen dadurch ein gemeinsames magnetisches Feld, dessen Kraftlinien in Ebenen liegen, die parallel zur Ebene der Leiterschleife 51B verlaufen. Ebenso wie bei der in F i g. 4 gezeigten Speicherzelle weist das vom Strom J₁ allein erzeugte Magnetfeld am Ort der

Leiterschleife 51B eine Feldstärke auf, die geringer ist als der kritische Feldstärkewert des Materials, aus dem die Leiterschleife 51B besteht. Das gleiche trifft hinsichtlich des vom Strom J₂ allein erzeugten magnetischen Feldes zu. Jedoch hat das bei Koinzidenz der Ströme J₁ und J₂ resultierende magnetische Feld am Ort der Leiterschleife 515 eine Feldstärke, die ausreicht, um die gesamte Leiterschleife 51B in den normalleitenden Zustand überzuführen. Bei der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform wird das magnetische Hauptfeld, das vom Strom J₃ hervorgerufen wird, wiederum durch eine Hauptfeldwicklung 54 erzeugt, die in ähnlicher Weise die Leiterschleife 51B umgibt, wie das bei der Leiterschleife 51 der in F i g. 4 gezeigten Ausführungsform der Fall ist.

Die in F i g. 5 dargestellte Speicherzelle ist analog der in Fig. 4 gezeigten Speicherzelle mit einem Supraleiterstrom beaufschlagbar. Die Anregung eines Supraleiterstromes in der Leiterschleife 51B setzt voraus, daß die zunächst fließenden Ströme J₁ und J₂ abgeschaltet werden, bevor der Strom J₃ abgeschaltet wird. Hierdurch wird erreicht, daß die Leiterschleife 515 auch dann noch von dem durch die Wicklung 54 erzeugten Hauptfeld durchdrungen wird, wenn sie durch die Abschaltung der Ströme J₁ und J₂ wieder

supraleitend geworden ist. Die Abschaltung des Stromes J₃ bringt das Hauptfeld zum Verschwinden, und die beim Abbau dieses Hauptfeldes auftretende Flußänderung induziert in der Leiterschleife 51B einen Supraleiterstrom.

Dagegen fehlen die Voraussetzungen für die Anregung eines Supraleiterstromes im Leiterkreis 515 dann, wenn das vom Strom J₃ erregte Hauptfeld durch die Abschaltung des Stromes J₃ bereits zu

einem Zeitpunkt abgebaut ist, zu dem noch die Ströme I₁ und I₂ fließen. Die Ströme I₁ und I₂ erzeugen auf Grund der räumlichen Lage ihrer Leiter 55 und 56 zur Leiterschleife 51B keinen resultierenden Fluß, der die Ebene der Leiterschleife 51B in einem solchen Winkel schneidet, daß Änderungen dieses Flusses in der Leiterschleife 515 einen Strom induzieren. Die in den Fig. 4A und 4B gezeigten Impulsdiagramme gelten ohne weiteres auch für die in F i g. 5 gezeigte Speicherzelle.

Die dritte Ausführungsform einer Speicherzelle, die von der Schaltungsanordnung nach der Erfindung Gebrauch macht, ist durch F i g. 6 veranschaulicht. Die die Zeile der zum Schreibvorgang auszuwählenden Speicherzelle beeinflussende Leitung 57 ist bei der in F i g. 6 gezeigten Ausführungsform oberhalb der Ebene der zur Supraleitfähigkeit anregbaren Leiterschleife 51C angeordnet und verläuft längs eines Durchmessers der Leiterschleife 51C. Die auf die Spalte der aufzurufenden Speicherzelle einwirkende Leitung 58 folgt der gleichen Durchmesserlinie wie die Leitung 57 und ist in geringem Abstand oberhalb der Leitung 57 angeordnet. Die Hauptfeldwicklung 54 umgibt bei der in F i g. 6 dargestellten Speicherzelle die Leiterschleife 51C in ähnlicher Form wie bei den Speicherzellen nach F i g. 4 und 5.

Wenn innerhalb eines Einspeicherungsintervalls in den Leitern 57 und 58 Ströme I₁ und I₂ fließen, so rufen diese Ströme ein resultierendes Magnetfeld hervor, dessen Feldstärke genügend hoch ist, um diejenigen beiden Abschnitte der Leiterschleife 51C in den normalleitenden Zustand überzuführen, die den geringsten Abstand von den Leitungen 57 und 58 haben. Wie im Zusammenhang mit den vorübergehend erläuterten Ausführungsformen von Speicherzellen bereits mehrfach dargelegt wurde, wird in den durch das koinzidente Auftreten der Ströme I₁ und I₂ in den normalleitenden Zustand übergeführten Abschnitten der Leiterschleife 51C ein etwa vorher in dieser Leiterschleife fließender Supraleiterstrom in Wärme umgesetzt. Die Stromrichtung ist für die Ströme I₁ und I₂ so gewählt, daß sie in gleicher Richtung über die Leiterschleife 51C hinwegfließen. Es unterstützen sich somit die von den Strömen I₁ und I₂ hervorgerufenen magnetischen Felder gegenseitig. Der Strom I₁ für sich allein und der Strom I₂ für sich allein wäre lediglich in der Lage, ein magnetisches Feld von einer Feldstärke zu erzeugen, die geringer ist als der kritische Feldstärkewert des Materials, aus dem die Leiterschleife 51C gefertigt ist. Ferner ist bemerkenswert, daß die Feldlinien der von den Strömen I₁ und I₂ hervorgerufenen magnetischen Felder auf Grund der räumlichen Lage der Leitungen 57 und 58 zur Leiterschleife 51C so verlaufen, daß das Entstehen bzw. Verschwinden dieser Felder keinen Induktionsstromstoß in der Leiterschleife 51C zur Folge hat. Diese Felder können also keinen Supraleiterstrom in der Leiterschleife 51C hervorrufen.

Die Einspeicherung der Binärziffer Eins oder der Binärziffer Null erfolgt durch entsprechende Steuerung des Stromes Z₃ in der Hauptfeldwicklung 54. Ein die Einspeicherung der Binärziffer Eins ausdrükkender Supraleiterstrom kann nur dann in der Leiterschleife 51C induziert werden, wenn das vom Strom /₃ hervorgerufene Hauptfeld später zum Verschwinden gebracht wird als das auf die Ströme I₁ und I₂ zurückzuführende resultierende Feld. Für diesen Einspeicherungsfall kann wieder auf Fig. 4B verwiesen werden. Wird hinsichtlich der zeitlichen Abschaltung der Ströme I₁,1₂ und I₃ gemäß Fi g. 4 B verfahren, so wird der Mittenraum der Leiterschleife 51C noch zu einem Zeitpunkt vom Hauptfeld durchsetzt, zu dem infolge der vorausgegangenen Abschaltung der Ströme I₁ und I₂ alle Teile der Leiterschleife 51C wieder supraleitend sind. Die durch das

ίο Nichtvorhandensein eines Supraleiterstromes als Speicherzelleninhalt wiederzugebende Binärziffer Null wird in der durch F i g. 6 veranschaulichten Speicherzelle dadurch gespeichert, daß das vom Strom I₃ und der Hauptfeldwicklung 54 erzeugte Hauptfeld früher abgeschaltet wird als die Ströme I₁ und I₂. Unter dieser Bedingung wird die Leiterschleife 51C im supraleitenden Zustand von keinem Magnetfluß durchsetzt, der durch seine Flußänderungen in der Leiterschleife 51C einen Supraleiterstrom induzieren könnte.

Die Fig. 7A und 7B zeigen eine weitere Ausführungsform einer nach den Lehren der Erfindung verwirklichten Speicherzelle. Bei dieser Ausführungsform wird kein von einem Strom I₃ zu erregendes

Hauptfeld benötigt, wie das bei den durch die F i g. 4, 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen von Speicherzellen der Fall ist. Aus Fig. 7A ist ersichtlich, daß die die Zeile der zum Schreibvorgang aufzurufenden Speicherzelle beeinflussende Leitung 59 und die auf die Spalte dieser Speicherzelle einwirkende Leitung 60 sich im rechten Winkel kreuzen. Aufgabe der Leitungen 59 und 60 ist es wieder, die Leiterschleife 61 magnetisch zu beeinflussen. Die in Form eines rechteckigen Rähmchens ausgeführte Leiterschleife 61 ist als Zwischenlage zwischen die Leitungen 59 und 60 so eingefügt, daß ihr Mittenraum sich vollständig innerhalb eines der vier Quadranten I, II, III, IV — nämlich des Quadranten III — befindet, die von den sich kreuzenden Leitungen 59 und 60 gebildet werden. Zwei aneinanderstoßende Schenkel des Rähmchens erstrecken sich dabei längs der Leitungen 59 und 60.

Wie aus F i g. 7 B hervorgeht, besteht die Leiterschleife 61 aus zwei Abschnitten 62 und 63, die hintereinandergeschaltet sind. Der eine dieser beiden Abschnitte, die Einlage 62, ist aus einem supraleitfähigen Material gefertigt, das einen geringeren kritischen Feldstärkewert aufweist als der andere, gleichfalls aus supraleitfähigem Material bestehende Abschnitt 63 der Schleife. Der kritische Feldstärkewert des als Einlage 62 dienenden Werkstoffes muß so niedrig sein, daß die Einlage 62 auf Grund der Koinzidenz der Ströme I₁ und I₂, die durch die Leiter 59 und 60 fließen und diese Leiter mit magnetischen Feldern umgeben, in den normalleitenden Zustand überführbar ist. Der übrige Teil 63 der Leiterschleife 61 besteht aus einem Material, dessen kritischer Feldstärkewert hoch genug ist, um den aus diesem Werkstoff gefertigten Teil der Schleife auch dann im supraleitenden Zustand zu erhalten, wenn die Ströme I₁ und I₂ gleichzeitig auftreten.

Unabhängig davon, welche Richtung die Ströme I₁ und I₂ in den Leitern 59 und 60 aufweisen, wird jeweils durch die Koinzidenz der Ströme I₁ und I₂ die Einlage 62 in den normalleitenden Zustand übergeführt. Das Zustandekommen dieser Richtungsunabhängigkeit ist von wesentlicher Bedeutung hinsichtlich des mit dieser Speicherzelle Erreichbaren.

Durch den Wirkwiderstand, den die Einlage 62 in ihrem durch die Einschaltung der Ströme I₁ und I₂ bewirkten normalleitenden Zustand aufweist, wird ein etwa vorher in der Leiterschleife 61 fließender Supraleiterstrom in Wärme umgesetzt. Den Strömen I₁ und I₂ sind solche Stromstärken eigen, daß das Feld eines dieser Ströme für sich allein nicht ausreicht, um die normale Leitfähigkeit der Einlage 62 herzustellen.

Der linke seitliche Schenkel der rechteckförmigen Leiterschleife 61 hat einen geringeren Querschnitt als der rechte seitliche Schenkel sowie die oberen und unteren Schenkel. Die Einlage 62 befindet sich an einem Eckpunkt des Rähmchens, an dem Schenkel größeren Querschnittes aneinanderstoßen. Der Querschnitt der oberen und unteren Schenkel sowie des Schenkels auf der rechten Seite des Rähmchens ist mit Rücksicht darauf zu bemessen, daß ein in der Leiterschleife kreisender Supraleiterstrom um diese Schenkel kein Feld von einer Feldstärke hervorrufen darf, die größer ist als die kritische Feldstärke des Materials, aus dem die Einlage 62 besteht, denn, wie oben bereits ausgeführt wurde, soll allein auf Grund der Koinzidenz der Ströme I₁ und I₂ der normalleitende Zustand der Einlage 62 erreichbar sein.

Der Grund, weshalb der Querschnitt des linken Schenkels der Leiterschleife 61 geringer gewählt ist als der Querschnitt der übrigen Schenkel, ist darin zu suchen, daß der linke Schenkel bei Vorhandensein eines Supraleiterstromes in der Leiterschleife von einem Feld umgeben sein soll, dessen Feldstärke in unmittelbarer Nähe des Schenkels vergleichsweise größer ist. Die erhöhte Feldstärke des Feldes um den linken Schenkel dient dazu, eine Abtasteinlage in den normalleitenden Zustand zu versetzen, die sich in einem Leseband befinden, das ähnlich wie das in F i g. 3 gezeichnete Leseband mit Einlagen versehen ist, die durch das magnetische Feld der in den Speicherzellen kreisenden Supraleiterströme beeinflußt werden. Nähere Erläuterungen hierüber werden noch bei der Darlegung von Einzelheiten der durch Fig. 10 veranschaulichten Anordnung angegeben.

Fig. 7C zeigt eine andere Form der Einlage62. In diesem Falle ist die Einlage 62 von einem dünnen Plättchen 62,4 aus supraleitendem Material gebildet, das einen Luftspalt in der rechteckförmigen Leiterschleife 61 überbrückt. Das dünne Plättchen 62 A ist dabei so geprägt, daß seine erhabene Seite gerade den Luftspalt ausfüllt, während die diese Prägung umgebenden Außenbereiche des Plättchens 62 A sich mit den Enden der Schenkel, die sich am Luftspalt gegenüberstehen, überlappen.

Die Einspeicherung der Binärziffer Eins in Form eines Supraleiterstromes geht bei Speicherzellen der in Fig. 7A bis 7C dargestellten Art in der Weise vor sich, daß die Leitung 59 mit einem Strom I₁ beschickt wird, der von links nach rechts fließt, und der Leitung 60 ein Strom I₂ zugeführt wird, der von oben nach unten fließt. Fig. 8A bringt die zur Einspeicherung der Binärziffer Eins erforderlichen Stromrichtungen der Ströme I₁ und I₂ durch Pfeile besonders augenfällig zum Ausdruck. Wenn die Ströme I₁ und I₂ gleichzeitig fließen, entsteht unmittelbar am Kreuzungspunkt der Leitungen 59 und 60 ein magnetisches Feld, das die Einlage 62 in den normalleitenden Zustand versetzt. Hierdurch wird die Einlage 62 als ein Ohmscher Widerstand wirksam, in welchem ein etwa vorher in der Leiterschleife 61 vorhanden gewesener Supraleiterstrom in Wärme umgesetzt wird. Die Feldverhältnisse, die die Ströme I₁ und I₂ in den beiden gekreuzten Leitern 59 und 60 verursachen, lassen sich am besten übersehen, wenn wieder angenommen wird, daß die beiden Leiter 59 und 60 ein Achsenkreuz bilden, das die Quadranten I bis IV entstehen läßt. Auf Grund der Stromrichtungen der Ströme I₁ und I₂, wie sie in Fig. 8A dargestellt sind, addieren sich im Quadranten I und im Quadranten III die Feldstärken der von den Strömen I₁ und I₂ herrührenden Felder, während sich in den Quadranten II und IV die Feldstärken der von den Strömen I₁ und I₂ verursachten Felder subtrahieren. Im Quadranten III ist demnach ein resultierendes Feld vorhanden, dessen Feldlinien die Mittenöffnung der Schleife 61 durchdringen. Am Ende eines Einspeicherungsintervalls werden die Ströme Z₁ und I₂ abgeschaltet, wodurch die Einlage 62 vom normalleitenden Zustand in den supraleiten-

ao den Zustand zurückkehrt. Letzteres geschieht zu einem Zeitpunkt, zu welchem das von den Strömen I₁ und I₂ herrührende, die Mittenöffnung der Schleife 61 durchdringende Feld im Zuge seines Abbaues noch Änderungen unterworfen ist, die ausreichen, um in der schon vollständig supraleitfähig gewordenen Leiterschleife 61 einen Supraleiterstrom zu induzieren. Dieser Supraleiterstrom ist proportional der Feldstärke des resultierenden Flusses, der die Mittenöffnung der Leiterschleife 61 durchdringt.

Der Einspeicherungsvorgang für die Binärziffer Null, die durch das Fehlen eines Supraleiterstromes in der Leiterschleife 61 ausgedrückt werden soll, geht wie folgt vor sich. Durch den Leiter 59 werde wiederum ein Strom I₁ geleitet, der unverändert in

der Richtung von links nach rechts fließen soll. Dem Leiter 60 wird ein Strom I₂ zugeführt, dessen Stronirichtung nunmehr jedoch nur einen nach oben weisenden Pfeil anzugeben ist, wie dies Fig. 8B veranschaulicht. Die Koinzidenz der Ströme I₁ und /₂ ruft

ein resultierendes Feld hervor, das trotz des Richtungswechsels des Stromes I₂ die Einlage 62 in den normalleitenden Zustand überführt. Auf diese Erscheinung ist bereits hingewiesen worden. Ein etwa bisher in der Leiterschleife 61 kreisender Supraleiterstrom wird bei diesem Vorgang in der Einlage 62 in Wärme umgesetzt. Da jedoch nunmehr der Strom I₂ eine andere Richtung aufweist als beim Einspeicherungsvorgang der Binärziffer Eins, addieren sich die Feldstärken der von den Strömen Z₁ und I₂ nunmehr hervorgerufenen Felder im Quadranten II und im Quadranten IV, während die Subtraktion der Feldstärken dieser Felder für die Quadranten I und III kennzeichnend ist. Die dem Quadranten III angehörende Leiterschleife 61 ist somit bei den nunmehrigen Stromrichtungen der Ströme I₁ und I₂ mit keinem Fluß verkettet. Dadurch, daß während des Zeitraumes, in dem die Ströme I₁ und I₂ gleichzeitig fließen, die Mittenöffnung der Leiterschleife 61 von keinem Fluß durchsetzt ist, führt auch das gleichzeitige Verschwinden der Ströme I₁ und I₂ zu keinem Induktionsstromstoß in der Leiterschleife 61. Es fehlen also die Voraussetzungen dafür, daß bei der Abschaltung der Ströme I₁ und I₂ in der Leiterschleife 61 ein Supraleiterstrom induziert wird, obgleich durch das koinzidente Verschwinden der Ströme I₁ und I₂ die Einlage 62 und damit auch die gesamte Leiterschleife 61 frühzeitig genug in den supraleitenden Zustand zurückgekehrt ist.

Die Stromrichtungen für die Ströme I₁ und I₂ sind willkürlich angenommen worden. Es versteht sich von selbst, daß auch dann ein Supraleiterstrom in der Leiterschleife 61 angeregt wird, wenn sowohl die Stromrichtung des Stromes I₁ wie auch diejenige des StromesI₂ den in Fig. 8A angedeuteten Pfeilen entgegengesetzt ist. Analog wird auch dann kein Supraleiterstrom in der Leiterschleife 61 induziert, wenn die StrömeI₁ und L₂ entgegen den in Fig. 8B angegebenen Pfeilrichtungen fließen.

Es ist die durch die Fig.7A bis 7C veranschaulichte Leiterschleife auch ohne eine Einlage 62 ausführbar. In diesem Falle besteht die ganze Leiterschleife aus ein und demselben Material, dessen kritischer Feldstärkewert so niedrig gewählt ist, daß derjenige Teil des Rähmchens, der sich zwischen den sich kreuzenden Leitungen 59 und 60 befindet, bei koinzidentem Auftreten der Ströme I₁ und I₂ durch die Felder dieser Ströme in den normalleitenden Zustand versetzt wird. Die Einspeicherungsvorgänge für die Binärziffer Null und die Binärziffer Eins sind dabei genau die gleichen wie vorher.

Aus den obigen Erläuterungen der Wirkungsweise der durch die Fig. 7A bis 7 C veranschaulichten Leiterschleife ist entnehmbar, daß diese Ausführungsform einer Leiterschleife die Einspeicherung der Binärziffer Null oder der Binärziffer Eins unter Anwendung der Stromrichtungen der den Zeilenaufruf sowie der den Spaltenaufruf bewirkenden Ströme so erfolgt, daß die Heranziehung eines Hauptfeldstromes zur Anregung des Supraleiterstromes in der Leiterschleife entfallen kann.

Wenngleich bei der Erläuterung der F i g. 4 bis 7 A jeweils von einer einzigen Speicherzelle die Rede war, die eine ganz bestimmte Stelle innerhalb eines Speichers einnimmt, so ist es doch ohne weiteres klar, wie ein Speicher mit einer Vielzahl solcher Speicherzellen aufzubauen wäre. Der Aufruf der zu einem Schreibvorgang bereitzustellenden Speicherzelle erfolgt dadurch, daß Ströme den auf die Zeile und die Spalte der aufzusuchenden Speicherzelle einwirkenden Leitungen zugeführt werden. Den einzelnen Speicherzellen eines Speichers, der aus Speicherzellen der durch die F i g. 4 bis 7 C veranschaulichten Art besteht, ist ein Leseband entlanggeführt, das im grundsätzlichen so ausgebildet ist wie das durch F i g. 3 veranschaulichte Leseband.

In F i g. 9 ist ein Zwei-Spalten-Drei-Zeilen-Speicher mit den zugehörigen Matrix-Schaltungen gezeigt. Bei diesem Speicher wird von der in F i g. 4 gezeigten Ausführungsform einer Speicherzelle Gebrauch gemacht. Die einzelnen Zellen 70 bis 75 sind dabei jeweils die Orte, an welchen Information speicherbar ist. Das Leseband 78 ist so geführt, daß es an jeder der Speicherzellen der Reihe nach vorbeistreicht. Das Leseband 78 besteht aus supraleitendem Material und weist für jede Speicherzelle zwei Ausstanzungen auf. Die der Speicherzelle 70 zugeordneten Ausstanzungen sind in F i g. 9 mit den Bezugszeichen 79 und 80 versehen. Die Ausstanzungen 79 und 80 unterteilen am Ort ihrer Anbringung das Leseband in drei parallelliegende Pfade, die bei der Speicherzelle 70 die Bezugszeichen 81, 82 und 83 tragen. An Stelle der Ausstanzungen 79 und 80 können auch Einsätze aus Isolationsmaterial treten. Zur Erläuterung des Lesevorganges bei diesem Speicher werde angenommen, daß die Speicherzelle 70 zur Abtastung auf das Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein eines Supraleiterstromes bereitgestellt werden soll. Der Ort der aufzurufenden Speicherzelle 70 wird dadurch ermittelt, daß die supraleiten-

den Pfade 81 und 82, die im Leseband der Speicherzelle 70 zugeordnet sind, dadurch in den normalleitenden Zustand versetzt werden, daß Stromdurchgang durch die horizontal und vertikal verlaufenden Leitungen 88 und 89, weiche der Zeile und der Spalte

ίο der zum Lesen aufzurufenden Zelle 70 angehören, veranlaßt wird. Der dritte Pfad 83, den das Leseband 78 am Ort der Speicherzelle 70 aufweist, wird nur dann in den normalleitenden Zustand übergeführt, wenn die dem Abschnitt 83 gegenüberliegende Spei-

cherzelle 70 einen Supraleiterstrom führt. Kreist beispielsweise in der Speicherzelle 70 ein Supraleiterstrom zum Zeitpunkt des Aufrufes zur Abtastung dieser Zelle, so ist auf Grund des Aufrufes sowie auf Grund des in der Speicherzelle vorhandenen Supra-

ao leiterstromes jeder der drei Pfade 81... 83 in den normalleitenden Zustand versetzt. Der normalleitende Zustand der drei Pfade 81... 83 wirkt sich wie ein in das Leseband 78 eingefügter Ohmscher Widerstand aus. Wenn daher das Leseband 78 mit dem sogenannten Lesestrom beschickt wird, ruft dieser Strom an den drei Pfaden 81... 83 einen Spannungsabfall hervor, der auch an den Enden des Lesebandes wahrnehmbar ist. Ein solcher Spannungsabfall zeigt an, daß die aufgerufene Speicherzelle einen Supra-

leiterstrom führt.

Die Aufrufleitungen 86... 90 sind aus supraleitfähigen! Material gefertigt, dessen kritischer Feldstärkewert so hoch ist, daß diese Leitungen sich ständig im supraleitenden Zustand befinden. Die Aufrufleitungen, das Leseband und die Speicherzellen der in F i g. 9 dargestellten Anordnungen sind auf einer Umgebungstemperatur gehalten, die einige Grad über dem absoluten Nullpunkt liegt, so daß die obengenannten Schaltelemente den erforderlichen supraleitenden Zustand aufweisen.

Die in horizontaler Richtung den Aufruf einer bestimmten Zelle weitergebenden Leitungen 86, 87 und 88 und die den Aufruf einer Zelle in der Vertikalrichtung weitergebenden Leitungen 89 und 90 dienen

in diesem Speicher ausschließlich dem Aufruf einer Zelle zum Lesevorgang. Jeder dieser den Zeilenaufruf einer aufzusuchenden Zelle bewirkenden Leiter durchsetzt den ersten der drei Pfade jeder Speicherzelle jener Zeile, für die der Leiter vorgesehen ist. So durchdringt beispielsweise die Zeilen-Aufrufleitung 88 den Pfad 81, der der Zelle 70 zugehört und den Pfad 81, welcher der Zelle 71 zugeordnet ist. Analog durchsetzt der dem Zeilenaufruf dienende Leiter 87 die Abschnitte 81, die den Speicherzellen 72 und 73 der mittleren Zeile zugehören, während die Zeilen-Aufrufleitung 86 diejenigen Pfade 81 im Leseband durchdringt, die den Speicherzellen 74 und 75 der dritten Zeile des Zwei-Spalten-Drei-Zeilen-Speichers gegenüberliegen. Die den Spalten-Aufruf bewirkende

Leitung 89 durchdringt diejenigen Pfade 82 des Lesebandes, die den Speicherzellen 70, 72 und 74 der linken Spalte des Zwei-Spalten-Drei-Zeilen-Speichers zugeteilt sind. Analog durchsetzt die Spalten-Aufrufleitung 90 diejenigen drei Pfade 82 des Lesebandes,

die den Speicherzellen 71, 73 und 75 der rechten Spalte des Speichers zugeordnet sind. Wenn beispielsweise die Speicherzelle 70 zum Lesen aufgerufen werden soll, so werden die Aufrufleitungen 88 und 89

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unter Strom gesetzt, während die übrigen Aufrufleitungen des Speichers stromlos bleiben.

Die Auswahl der jeweils richtigen Zeilen-Aufrufleitung für einen Lesevorgang wird durch die F-Lese-Aufruf-Matrix- und Impulsschleusen-Schaltung 92 bewirkt. Das eine Ende jeder Zeilen-Aufrufleitung ist an die F-Lese-Aufruf-Matrix-Schaltung 92 und das andere Ende an ein Bezugspotential angeschlossen. In ähnlicher Weise ist das eine Ende jeder Spalten-Aufrufleitung an die X-Lese-Aufruf-Matrix- und Impulsschleusen-Schaltung 93 und das andere Ende dieser Leitungen an ein Bezugspotential angeschlossen. Die X- und Y-Lese-Aufruf-Matrix-Schaltung 92 und 93 können nach Art der allgemein bekannten logischen Matrix-Schaltungen, also beispielsweise als Dioden-Matrix-Schaltungen ausgeführt werden, welche die Adressen-Signale von einer äußeren, in Fig. 9 nicht näher dargestellten Schaltung empfangen. Die Schaltungsanordnungen 92 und 93 umfassen auch die Stromquellen, welche die Aufrufleitungen des Speichers mit Strom versorgen.

Die beiden Enden des supraleitenden Lesebandes 78 sind mittels der Verbindungsleitungen 95 und 96 an den Lesekreis 97 angeschlossen, der aus einer Impulsschleusen-Schaltung und einem Verstärker besteht. Der Lesekreis 97 hat die Aufgabe, während jedes Leseintervalls das Leseband mit Strom zu versorgen und einen während eines solchen Leseintervalls etwa am Leseband durch den Lesestrom im Zusammenwirken mit drei normalleitenden Pfaden 81 bis 83 am Ort einer Speicherzelle hervorgerufenen Spannungsabfall festzustellen. Falls in der zum Lesen aufgerufenen Speicherzelle ein Supraleiterstrom kreist, erscheint an der Ausgangsklemme 98 des Lesekreises 97 ein Impuls. Wenn dagegen die zum Lesen aufgerufene Speicherzelle keinen Supraleiterstrom führt, erscheint an der Ausgangsklemme 98 des Lesekreises 97 kein Impuls. Der Eingang 99 des Lesekreises 97 ist mit einer weiteren, in F i g. 9 nicht gezeigten Schaltungsanordnung verbunden, die an den Lesekreis ein als Lesebefehl wirksames Signal liefert.

Wie bereits oben ausgeführt wurde, dienen die Aufrufleitungen 86 bis 90 ausschließlich der Durchführung von Lesevorgängen. Für Einspeicherungsvorgänge — auch Schreibvorgänge genannt — sind die Aufrufleitungen 101 bis 105 vorgesehen. Diese Leitungen führen an der Stirnseite der ihnen zugeordneten Speicherzellen 70 ... 75 in der Weise vorbei, wie dies im einzelnen im Zusammenhang mit der Erläuterung der durch F i g. 4 gezeigten Speicherzelle dargelegt worden ist. Die der unteren Zeile der Speicherzellen als Zeilenaufrufleitung für Schreibvorgänge beigegebene Leitung 101 wird mit Strom beschickt, wenn eine Speicherzelle zur Einspeicherung aufzurufen ist, die in dieser Zeile liegt. In ähnlicher Weise wird durch die auf die Speicherzellen der linken Spalte einwirkende Leitung 104 ein Strom geleitet, wenn eine Speicherzelle zum Schreibvorgang aufgerufen werden soll, die dieser Spalte angehört. Die Aufrufleitungen 101... 105 bestehen aus einem supraleitenden Material mit den gleichen Eigenschaften wie das supraleitende Material, aus dem die Aufrufleitungen 88... 90 gefertigt sind. Die jeweils die Speicherzellen einer Zeile beeinflussenden Leitungen 101 bis 103 sind an ihrem einen Ende an die Y'-Schreib-Aufruf-Matrix- und Impulsschleusen-Schaltung 106 und mit ihrem anderen Ende an ein Bezugspotential angeschlossen. Die jeweils die Speicherzellen einer Spalte zum Schreibvorgang vorbereitenden Leitungen 104 und 105 sind mit ihrem einen Ende an die X'-Schreib-Auruf-Matrix- und Impulsschleusen-Schaltung 107 und mit ihrem anderen Ende an ein Bezugspotential geführt. Die Schreib-Aufruf-Schaltungen 106 und 107 sind ähnlich wie die Lese-Aufruf-Schaltungen 92 und 93 ausgebildet und werden von Signalen eingespeist, die der Adresse der zur Einspeicherung aufzurufenden Speicherzelle entspre-

chen.

Die Hauptfeldwicklung der Speicherzellen 70... 75 wird durch die Leitung 110 gebildet, die jede dieser Speicherzellen schleifenförmig umgibt. Es sind demnach die Hauptfeldwicklungen sämtlicher Speicherzellen in Reihe geschaltet. Die Stromversorgung dieser Wicklungen erfolgt durch die Hauptfeld-Impulsschleusen-Schaltung 111. Die Schaltung 111 hat in einem passend bemessenen Zeitabschnitt innerhalb der Einspeicherungsintervalle einen Strom durch alle

ao Hauptfeldwicklungen zu liefern. Dieser Zeitabschnitt hängt hinsichtlich seines Beginns und seines Endes von dem Signal ab, das über den Eingang 112, der Hauptfeld-Impulsschleusen-Schaltung 111 zugeleitet wird.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der durch F i g. 9 veranschaulichten Speicheranordnung während eines Einspeicherungsvorganges werde angenommen, daß in der Speicherzelle 73 die Binärziffer Eins gespeichert werden soll. Charakteristisch für die Einspeicherung der Binärziffer Eins soll dabei — wie auch bisher immer angenommen — die Anregung und beliebig lange Fortdauer eines Supraleiterstromes in der zur Einspeicherung aufgerufenen Speicherzelle 73 sein. Die Schreib-Aufruf-Matrix-Schaltung 106 und 107 führen nach Empfang der von außen ankommenden, das Einschreiben der Binärziffer Eins in die Speicherzelle 73 befehlenden Signale der Zeilen-Aufrufleitung 102 und der Spalten-Aufrufleitung 105 Ströme zu. Gleichzeitig beginnt die Hauptfeld-Impulsschleusen-Schaltung 111 mit der Stromlieferung an die zugleich die Hauptfeldwindungen bildende Leitung 110. Die Ströme durch die Äufrufleitungen 102 und 105 führen die Leiterschleife der Speicherzelle 73 in den normalleitenden Zustand zurück, so daß ein etwa vorher in der Speicherzelle 73 kreisender Supraleiterstrom durch den Wirkwiderstand, den nunmehr die Speicherzelle 73 aufweist, in Wärme umgesetzt wird. Damit von neuem ein Supraleiterstrom in der Speicherzelle 73 angeregt und aufrechterhalten werden kann, muß der Hauptfeldstrom über einen Zeitpunkt hinaus eingeschaltet bleiben, zu dem die Ströme durch die Leitungen 102 und 105 bereits wieder abgeschaltet worden sind. Wie im Zusammenhang mit der Erläuterung von F i g. 4 der Zeichnungen bereits im einzelnen dargelegt worden ist, wird dadurch, daß auch nach dem Zeitpunkt, zu dem die Leiterschleife der Speicherzelle wieder supraleitend geworden ist, ein Magnetfeld diese Leiterschleife durchsetzt, dessen durch die Abschaltung des Hauptfeldstromes bedingter Feldabbau in der Leiterschleife einen Induktionsstromstoß hervorruft, in dieser Schleife ein Supraleiterstrom angeregt, der sich ohne äußere Energiezufuhr von selbst weiter aufrechterhält.

Wenn dagegen die Binärziffer Null in der Speicherzelle 73 gespeichert werden soll und für die Speicherung dieser Binärziffer wieder das Nichtvorhandensein eines Supraleiterstromes in der Speicherzelle 73 cha-

rakteristisch sein soll, so hat das Signal, das dem Eingang 112 der Hauptfeld-Impulsschleusen-Schaltung 111 zugeführt wird, die Aufgabe, den Strom durch die zugleich die Hauptfeldwindungen bildende Leitung 110 früher abzuschalten als die Ströme durch die Aufrufleitungen 102 und 105. Unter diesen Umständen kann kein Supraleiterstrom in der Speicherzelle 73 induziert werden, da zu dem Zeitpunkt, zu dem die Speicherzelle auf Grund der Abschaltung der Ströme durch die Aufrufleitungen 102 und 105 vom normalleitenden in den supraleitenden Zustand zurückkehrt, kein Fluß die Leiterschleife der Speicherzelle durchdringt.

Bei der in F i g. 9 gezeigten Schaltungsanordnung wird von der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform einer Speicherzelle Gebrauch gemacht. Es versteht sich von selbst, daß eine ähnliche Speicheranordnung unter Anwendung der durch die F i g. 5, 6 sowie 7 A bis 7 C veranschaulichten Ausführungsformen von Speicherzellen aufgebaut werden kann.

Die Fig. 10 bis 12 veranschaulichen die Speicherebene eines Speichers, der unter Anwendung von Ausführungsformen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung besonders raumsparend aus sechs Schichten aufgebaut ist, die durch Isolierschichten voneinander getrennt sind. F i g. 10 gibt eine Schnittzeichnung wieder, die absatzweise Einblick in die einzelnen Schichten vermittelt, Fig. 11 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 10^4 in Fig. 10 und F i g. 12 läßt in perspektivischer Darstellung die einzelnen Schichten der Speicherebene erkennen. Die Dicke der verschiedenen, in den F i g. 10 bis 12 abgebildeten Schichten ist in vergrößertem Maßstab wiedergegeben, um den Aufbau der Speicherebene deutlich hervortreten zu lassen. In Wirklichkeit sind diese Schichten sehr dünn; ihre Dicke liegt in der Größenordnung von 10~⁵ bis ΙΟ"³ cm. Diese Schichten sind beispielsweise mittels eines Vakuum-Aufdampf-Verfahrens herstellbar.

Die Schichten 1 und 6 bestehen aus einer Bleischicht von 10~⁴ bis 10~³ cm Dicke. Diese Schichten dienen als Abschirmungen, die den Austritt magnetischer Feldlinien aus dem Raum verhindern, den die aus den sechs Schichten aufgebaute Speicherplatte einnimmt. Die Außenschichten 1 und 6 vermindern auch die wirksame Induktivität der Leiter im Innern der Speicherplatte und unterbinden durch ihre Schirmwirkung unerwünschte Kopplungen zwischen den einzelnen Speicherebenen, die jeweils für sich einen als Bauteil eines großen Speichers anwendbaren -ΧΎ-Koordinaten-Speicher bilden. Die Schicht 1 ist gemäß Fig. 11 mit einer dünnen Schicht 160 aus Isoliermaterial bedeckt, die ungefähr 10~⁴ cm dick ist und die Schicht 1 von der Schicht 2 elektrisch trennt. In Fig. 12 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit diese Isolierschicht 160 der Schicht 1 sowie der Isolierschicht 160 zwischen allen übrigen Schichten nicht mit eingezeichnet.

Die Schicht 2 bildet ein Leseband 161 ähnlich dem Leseband 38 der in F i g. 3 gezeigten Schaltungsanordnung. Das Leseband 161 ist entweder über die Schicht 1 gebreitet oder es ist nach einem von der Technik der gedruckten Schaltungen Gebrauch machenden Verfahren hergestellt. Als Werkstoff für das Leseband 161 ist supraleitfähiges Material gewählt, dessen kritischer Feldstärkewert hoch ist im Vergleich zu den im Leseband enthaltenen Einlagen 162, 163 und 164. Drei in Querrichtung über das Leseband sich erstreckende Einlagen 162, 163, 164 bilden jeweils einen Einlagen-Satz. Innerhalb eines solchen Satzes sind die Einlagen 162, 163 und 164 voneinander durch nichtleitende Streifen 165 und 166 getrennt. Solche Streifen sind durch Ausstanzungen oder anderweitige Aussparungen im Leseband 161 herstellbar, die gegebenenfalls mit Isoliermaterial ausgefüllt sind. Die Einlagen 162 befinden sich jeweils im oberen, die Einlagen 163 im mittleren und

ίο die Einlagen 164 im unteren Drittel des Lesebandes 161. Die Einlagen 162 und 164 sind gegeneinander seitlich verschoben, ähnlich wie das bei den Einlagen des in F i g. 3 gezeigten Lesebandes der Fall ist. Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 10 bis 12 ist im Leseband innerhalb eines Satzes von Einlagen 162 ... 164 die Einlage 163 jeweils mit einer kleinen seitlichen Verschiebung nach rechts unterhalb der Einlage 162 angeordnet, während die Einlage 164 innerhalb eines Satzes unterhalb der Einlage 163 soweit seitlich nach links verschoben zu liegen kommt, daß sie die Einlage 162 nicht mehr über sich hat. Jede Stelle des Speichers, an dem eine Speicherung von Information möglich sein soll, verfügt jeweils über einen aus einer Einlage 162, einer Einlage 163 und einer Einlage 164 bestehenden Einlagensatz. Alle diese Einlagensätze sind in Zeilen und Spalten angeordnet, und bilden dadurch das Grundgerüst eines die Abtastung jeder einzelnen Speicherstelle ermöglichenden ΑΎ-Koordinaten-Aufrufsystems. In Fig. 10 sind ausschnittsweise vier Spalten und zwei Zeilen dieses .ΧΎ-Koordinatensystems wiedergegeben. Die Spalten tragen in Fi g. 10 die Bezugszeichen 167, 168, 169, 170, während die Zeilen mit den Bezugszeichen 171 und 172 versehen sind. Das Leseband 161 besteht aus mehreren Teilabschnitten, die jeweils den einzelnen Zeilen des Af Y-Koordinatensystems entlanggeführt und an ihren Enden durch Verbindungsstücke 174 aneinandergereiht sind. Das gesamte Leseband 161 hat dadurch Mäanderform. Eine dünne Schicht aus Isoliermaterial ist über die Schicht 2 gebreitet, um sie von der Schicht 3 elektrisch zu trennen.

Die Schicht 3 enthält die jeweils auf die Spalte der aufzurufenden Speicherzelle einwirkenden Leitungen 177, 178, 179 und 180, die im folgenden kurz als vertikale Aufrufleitungen bezeichnet werden. Die vertikale Aufrufleitung 180 ist in der Schnittzeichnung von Fig. 10 nicht dargestellt. Die vertikalen Aufrufleitungen 177... 180 bestehen aus einem supraleitfähigen Material, dessen kritischer Feldstärkewert vergleichsweise höher ist als derjenige der Einlagen 162... 164. Eine dünne Schicht aus Isoliermaterial ist über die Schicht 3 gebreitet, um sie von der Schicht 4 elektrisch zu trennen.

Die Schicht 4 enthält eine Mehrzahl von Speicherzellen 183, in welche zu Speicherzwecken ein Supraleiterstrom induziert werden kann. Die Leiterschleifen dieser Speicherzellen sind identisch mit der durch Fig. 7B veranschaulichten Leiterschleife 61. Jede Leiterschleife ist so angeordnet, daß ihre Einlage 181 sich jeweils mit dem Kreuzungspunkt einer der Schicht 3 angehörenden vertikalen Aufrufleitung und einer horizontalen Aufrufleitung deckt, die Bestandteil der noch zu besprechenden Schicht 5 ist. Der linke Schenkel jeder Leiterschleife erstreckt sich oberhalb einer der Einlagen 164 des Lesebandes 161. Die Schicht 4 ist von der Schicht 5 durch eine dünne Schicht aus Isoliermaterial getrennt.

Die Schicht 5 enthält die jeweils auf die Zeile der aufzurufenden Speicherzelle einwirkenden horizontalen Leitungen 185 und 186, die im folgenden kurz als horizontale Aufrufleitungen bezeichnet werden. Diese Aufrufleitungen sind den in Fig. 10 mit den Bezugszeichen 171 und 172 bezeichneten Zeilen des Speichers zugeordnet. Die horizontalen Aufrufleitungen 185 und 186 haben dieselbe Funktion wie die Zeilen-Aufrufleitung59 in Fig. 7A. Die Schichten 5 und 6 sind wiederum durch eine dünne Schicht aus Isoliermaterial voneinander getrennt.

Eine in einer oder mehreren der Speicherzellen 183 gespeicherte Information wird in einer ähnlichen Weise aus dem Speicher gelesen, wie das im Zusammenhang mit der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 näher erläutert wurde. Es werde angenommen, daß beispielsweise die der Zeile 171 und zugleich der Spalte 168 angehörende Speicherzelle 183 zur Ablesung ihres Informationsinhaltes aufgerufen werden soll. In dieser Speicherzelle sei die Binärziffer Eins in Form eines in dieser Zelle kreisenden Supraleiterstromes gespeichert. Der in der Speicherzelle kreisende Supraleiterstrom ruft ein Magnetfeld hervor, das auf die jener Speicherzelle zugeordnete Einlage 164 des Lesebandes 161 einwirkt. Die Einlage 164 befindet sich daher im normalleitenden Zustand. Die Spalte 168, welcher die betrachtete Speicherzelle 183 angehört, wird durch nicht näher dargestellte Schaltkreise aufgerufen, welche die vertikale Aufrufleitung 178 mit Strom beschicken. Der durch die Aufrufleitung 178 fließende Strom erzeugt ein Magnetfeld, welches die der betrachteten Speicherzelle zugehörige Einlage 162 des Lesebandes 161 vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand versetzt. Die Zeile 171, in welcher sich die betrachtete Speicherzelle 183 befindet, wird gleichfalls durch in den Fig. 10 bis 12 nicht näher dargestellte Schaltkreise aufgerufen, welche an die horizontale Aufrufleitung 185 Strom liefern. Der durch die bandförmige Aufrufleitung 185 fließende Strom erzeugt ein Magnetfeld, das diejenige Einlage 163 des Lesebandes vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand versetzt, welche der betrachteten Speicherzelle zugeordnet ist. Der vor der Einspeicherung der Binärziffer Eins in der betrachteten Speicherzelle bestehende supraleitende Zustand der ihr zugeordneten Einlagen 162, 163 und 164 des Lesebandes 161 ist durch die Einspeicherung der binären Eins sowie durch die Ströme in den Aufrufleitungen 178 und 185 zerstört worden. Der Wirkwiderstand, den diese Einlagen 162, 163 und 164 durch die Vernichtung ihrer Supraleitfähigkeit aufweisen, wirkt sich als ein in das an sich ständig supraleitende Leseband 161 eingefügter Wirkwiderstand aus. Ein durch das Leseband 161 geleiteter Strom ruft an diesem Wirkwiderstand einen Spannungsabfall hervor. Dieser Spannungsabfall zeigt an, daß zum Zeitpunkt der Abtastung der betrachteten Speicherzelle 183 diese einen Supraleiterstrom enthält. Der am Leseband 161 auftretende Spannungsabfall wird einer in Fig. 10 bis 12 nicht näher dargestellten Lese-Impulsschleusen- und Verstärkerschaltung und von dort aus den übrigen Schaltekreisen einer Ziffern-Rechenmaschine zugeführt.

Bei dem durch die Fig. 10 bis 12 veranschaulichten Speicher erfolgt die Einspeicherung von Information unter Benutzung der vertikalen und horizontalen Aufrufleitungen 117... 180, 185, 186 nach den Grundsätzen, die im Zusammenhang mit der Erläuterung der durch die Fig. 7A bis 7C gezeigten Speicherzellen im einzelnen dargelegt worden sind. Um eine Informationseinheit in eine bestimmte Speicherzelle einzuspeichern, ist es erforderlich, daß in den Fig. 10 bis 12 nicht näher dargestellte Schaltkreise die horizontalen und vertikalen Aufrufleitungen, die der zur Einspeicherung bereitzustellenden Speicherzelle zugeordnet sind, mit Strömen beschickt werden, deren Richtung durch die Art der einzuspeichernden

ίο Information — binäre Null oder binäre Eins — bestimmt ist. Diese nicht näher dargestellten Schaltkreise üben Funktionen aus, die im Zusammenhang mit der Erläuterung der Schreib-Aufruf-Schaltungen 106 und 107 nach F i g. 9 im grundsätzlichen besprochen worden sind. Die Ströme, die während eines Einspeicherungsvorganges den horizontalen und vertikalen Aufrufleitungen zugeführt werden, sind im allgemeinen mehrfach höher als die Ströme, die durch diese Leitungen während eines Lesevorganges fließen.

ao Die Amplitude der Ströme, die während eines Lesevorganges durch die horizontalen und vertikalen Aufrufleitungen geführt werden, richtet sich danach, daß diese Ströme keine magnetischen Felder von so hoher Feldstärke verursachen dürfen, daß letztere die kritische Feldstärke des Materials erreicht oder übertrifft, aus dem die Einlagen 181 der Speicherzellen 183 gefertigt sind. Während eines Einspeicherungsvorganges haben jedoch die durch die Aufrufleitungen geführten Ströme ein Feld zu erzeugen, dessen Feldstärke größer ist als die kritische Feldstärke des Materials, aus dem die Einlage 181 der Speicherzellen 183 besteht, damit ein etwa bereits vor Beginn eines neuen Einspeicherungsvorganges in der betrachteten Speicherzelle fließender Supraleiterstrom gelöscht wird.

In Fig. 13 ist eine adiabatische Entmagnetesierungs-Kühleinrichtung dargestellt, ■ bei welcher die Wärmeflußschalter durch eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung verwirklicht sind. Es ist bekannt, beim Entwurf von Wärmeflußschaltern, die in adiabatischen Entmagnetisierungs-Kühleinrichtungen erforderlich sind, von der Erscheinung Gebrauch zu machen, daß ein im elektrisch normalleitenden Zustand befindlicher Körper mit guter Leitfähigkeit für Elektrizität und Wärme im supraleitenden Zustand als Wärmeisolator wirkt. Ein solcher Körper eignet sich daher als Wärmeflußschaltglied von Wärmeflußschaltern unter der Voraussetzung, daß sein elektrischer Leitfähigkeitszustand und damit gleichzeitig sein Wärmeleitfähigkeitszustand durch ein Magnetfeld entsprechend hoher Feldstärke steuerbar ist. Bei den bisher bekanntgewordenen adiabatischen Entmagnetisierungs-Kühleinrichtungen wird das Wärmeflußschaltglied der Wärmeflußschalter durch Magnetfelder beeinflußt, die von Elektromagneten verhältnismäßig großen Raumbedarfs herrühren. Der Speisestrom für diese Elektromagneten, welche die Vakuumkammer solcher Entmagnetisierungs-Kühleinrichtungen außen umgeben, wird von eigens zu diesem Zweck vorzusehenden Stromquellen geliefert, die in der Lage sein müssen, Ströme erheblicher Stromstärke in Impulsform mit einer Impulsdauer von 1 bis 100 see abzugeben. Diese Stromquellen sind entbehrlich, wenn das Wärmeflußschaltglied solcher adiabatischen Entmagnetisierungs-Kühleinrichtungen von Supraleiterströmen gesteuert wird, die in einer im wesentlichen mit der in F i g. 2 der Zeichnungen gezeigten Schaltungsanordnung

übereinstimmenden Schaltungsanordnung hervorgerufen werden und sich dann von selbst, so lange als erforderlich ohne äußere Energiezufuhr weiter aufrechterhalten. Die Supraleiterströme einer solchen Schaltungsanordnung sind durch Impulse von etwa 100 μ$εο Impulsdauer und einem Stromspitzen wert von etwa 2 Amp. steuerbar. Das von den Supraleiterströmen für das Wärmeflußschaltglied zu erzeugende magnetische Feld entsteht dabei in einer Spule, die mit der Spule 19 der in F i g. 2 gezeigten Schaltungsanordnung im grundsätzlichen identisch ist.

Die auf einem niedrigen Temperaturniveau zu haltenden Bestandteile der in Fi g. 13 dargestellten Entmagnetisierungs-Kühleinrichtung sind in der wärmeisolierend wirkenden Vakuumkammer 200 eingeschlossen. Der Behälter 201 dient als ein auf konstanter Temperatur gehaltener Speicher, dessen Temperatur vergleichsweise hoch ist. Der Behälter 201 ist im allgemeinen mit flüssigem Helium gefüllt, das eine Temperatur von etwa I⁰K aufweist. Jedoch können auch andere Substanzen in den Behälter 201 eingebracht werden, um eine von der Temperatur 1° K abweichende Bezugstemperatur zu erzielen. Der Behälter 202 ist mit einem paramagnetischen Salz gefüllt, beispielsweise Eisen-Amonium-Alaun oder Kalium-Chrom-Alaun. Das im Behälter 202 befindliche Salz wird im folgenden auch als »Salzpille P1« bezeichnet. Das paramagnetische Salz dient der Erzeugung einer Temperatur, die geringer ist als die Temperatur des Speichers 201. Ein paramagnetisches Salz ist auch für den Tieftemperaturspeicher 203 vorgesehen. Das in den Behälter 203 eingebrachte Salz wird im folgenden verschiedentlich als »Salzpille P2« bezeichnet.

Der Konstanttemperaturspeicher 201 befindet sich mit der paramagnetischen Salzpille Pl in einer abschaltbaren wärmeleitenden Verbindung. Die Abschaltbarkeit dieser Verbindung wird durch den Wärmeflußschalter 204 erreicht. Desgleichen befindet sich die Salzpille P 2 mit der Salzpille Pl in einer unterbrechbaren wärmeleitenden Verbindung. Diese unterbrechbare wärmeleitende Verbindung wird durch den Wärmeflußschalter 205 realisiert. Die paramagnetische Salzpille Pl, die als sogenannte Arbeitssubstanz dient, wird durch ein Magnetfeld in der Weise beeinflußt, daß sie sich bei ihrer Entmagnetisierung abkühlt. Durch ihre Abkühlung kann sie Wärme absorbieren, die ihr vom Tieftemperaturspeicher P 2, der in wärmeleitender Verbindung mit der zu kühlenden Substanz ist, zugeführt wird. Der Konstanttemperaturspeicher 201 absorbiert dagegen Wärme, die von der Arbeitssubstanz her ihm zufließt.

Der Wärmeflußschalter 204 weist das Wärmeflußschaltglied 208 auf, das aus einem Material besteht, dessen Wärmeleitfähigkeitszustand umsteuerbar ist. Als Material für das Wärmeflußschaltglied 208 kann beispielsweise reines Blei gewählt werden, da dieses Material im elektrisch normalleitenden Zustand eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt. Das Wärmeflußschaltglied 208 ist mit den zylindrischen Teilen 209 und 210 aus gut wärmeleitendem Material verbunden. Es besteht daher eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen dem Behälter 201 und der Arbeitssubstanz Pl, falls sich das Wärmeflußschaltglied 208 im elektrisch normalleitenden Zustand befindet. Die zylindrischen, gut wärmeleitenden Teile 209 und 210 werden von einem wärmeisolierenden Teil 211 getragen. Der zwischen Supraleitfähigkeit und elektrisch normaler Leitfähigkeit umsteuerbare Leitfähigkeitszustand des Wärmeflußschaltgliedes 208 wird durch die Spule 212 gesteuert, die dem Leiter 213 parallel geschaltet ist. Als Werkstoff für den Leiter 213, der zwischen Supraleitfähigkeit und elektrisch normaler Leitfähigkeit umsteuerbar ist, dient zur Erzielung eines niedrigen kritischen Feldstärkewertes eine Zinn-Blei-Legierung. Es genügt daher eine relativ kleine

ίο Feldstärke, um den Leiter 213 in den elektrisch normalleitenden Zustand zu versetzen. Das eine Ende des Leiters 213 und das eine Ende der Spule 212 sind an die Klemme 214 angeschlossen, während die anderen Enden dieser beiden Schaltelemente mit der Klemme 215 verbunden sind. Der Leiter 213 ist von der Spule 216 umgeben, deren Enden an die Klemmen 215 und 217 angeschlossen sind. Ein Vergleich des Wärmeflußschalters 204 mit der in F i g. 2 der Zeichnungen gezeigten Schaltungsanordnung ergibt,

ao daß die Klemmen 214, 217 und 215 des Wärmeflußschalters den Klemmen 20, 23 und 21 der in F i g. 2 dargestellten Schaltungsanordnung entsprechen.

Das Wärmeflußschaltglied 220 des Wärmeflußschalters 205 verbindet die zylindrischen Teile 221

as und 222. Die zylindrischen Teile 221 und 222 sind Bestandteile eines Wärmeleitpfades, der im Fall normaler elektrischer Leitfähigkeit des Wärmeflußschaltgliedes 220 den Wärmeaustausch zwischen der Arbeitssubstanz Pl und dem Speicher P 2 ermöglicht.

Eine stets im supraleitenden Zustand befindliche Spule 223 umgibt das Wärmeflußschaltglied 220. Diese Spule ist dem Leiter 224 parallel geschaltet, dessen Leitfähigkeitszustand umsteuerbar ist. Die beiden Enden der aus dem Leiter 224 und der Spule 223 bestehenden Parallelschaltung sind mit den Klemmen 225 und 226 verbunden. Der Leiter 224 ist von der stets supraleitenden Spule 227 umgeben. Die Spule 227 ist an die Klemmen 226 und 228 angeschlossen. Der aus einem wärmeisolierenden Material bestehende zylindrische Körper 230 bildet eine mechanisch feste Verbindung zwischen den eine gute Wänneleitfähigkeit aufweisenden zylindrischen Teilen 221 und 222. Es gleichen sich demnach der Wärmeflußschalter 204 und der Wärmeflußschalter 205 vollkommen.

Wie bereits ausgeführt wurde, dient der Wärmeflußschalter 204 zur Steuerung des Wärmeflusses zwischen der Arbeitssubstanz P1 und dem Konstanttemperaturspeicher 201. Wenn sich das Wärmeflußschaltglied 208 im elektrisch nonnalleitenden Zustand befindet, so ist die Wärmeleitfähigkeit dieses Schaltgliedes relativ groß, so daß ein Wärmeaustausch zwischen der Arbeitssubstanz Pl und dem Konstanttemperaturspeicher möglich ist. Befindet sich dagegen das Wärmeflußschaltglied 208 im supraleitenden Zustand, so wirkt dieses Schaltglied als Wärmeisolator. Wenn ein Supraleiterstrom in dem ausschließlich aus supraleitendem Material bestehenden Stromkreis fließt, der aus der Spule 212 und dem Leiter 213 in dem Fall entsteht, daß der hinsichtlich seiner Leitfähigkeit umsteuerbare Leiter 213 supraleitend ist, so ruft die Spule 212 ein magnetisches Feld hervor, das auf das Wärmeflußschaltglied 208 einwirkt. Die Feldstärke dieses Feldes ist größer als der kritische FeIdstärkewert des für das Wärmeflußschaltglied 208 vorgesehenen Materials. Dies bedingt den elektrisch nonnalleitenden und damit zugleich auch wärmeleitenden Zustand des Wärmeflußschaltgliedes 208.

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Wenn dagegen in dem aus der Spule 212 und dem Leiter 213 bestehenden Stromkreis kein Supraleiterstrom fließt, befindet sich das Wärmeflußschaltglied im supraleitenden und somit gleichzeitig im wärmeisolierenden Zustand. In dem aus der Parallelschaltung der Spule 212 und des Leiters 213 gebildeten Stromkreis wird in derselben Weise ein Supraleiterstrom angeregt wie in dem aus der Parallelschaltung der Spule 19 und dem Leiter 18 bestehenden Stromkreis der in F i g. 2 veranschaulichten Schaltungsanordnung. Aus obigem geht hervor, daß bei der durch F i g. 13 veranschaulichten Kühleinrichtung ein in einem supraleitenden, in sich geschlossenen Stromkreis fließender Supraleiterstrom auf ein Wärmeflußschaltglied einwirkt, das zwischen dem supraleitenden und dem elektrisch normalleitenden und damit zugleich zwischen dem wärmeisolierenden und dem wärmeleitenden Zustand umsteuerbar ist.

Bei der in Fig. 13 gezeigten Kühleinrichtung beruht die Erzeugung tiefer Temperaturen auf der abwechselnden Magnetisierung und Entmagnetisierung des paramagnetischen Salzes P1, das als sogenannte Arbeitssubstanz wirkt. Für den Magnetisierungszustand der Arbeitssubstanz Pl ist der Elektromagnet maßgebend, der die Vakuumkammer 200 umgibt. Die Wicklungsenden des Elektromagneten 234 sind an die Klemmen 235 und 236 angeschlossen.

Ein Arbeitszyklus der Kühleinrichtung läuft wie folgt ab:

1. Das paramagnetische Salz Pl wird durch Beschickung der Klemmen 235 und 236 des Elektromagneten 234 mit einem Strom/_m magnetisiert.

2. Im Wärmeflußschalter 204 wird ein Supraleiterstrom angeregt, was den Wärmeaustausch des paramagnetischen Salzes 202 mit dem Konstanttemperaturspeicher 201 zur Folge hat. Die bei der Magnetisierung des paramagnetischen Salzes in diesem erzeugte Wärme wird somit über das im elektrisch normalleitenden und damit auch im wärmeleitenden Zustand befindliche Wärmeflußschaltglied 208 dem Konstanttemperaturspeicher 201 zugeführt.

3. Der im Wärmeflußschalter 204 kreisende Supraleiterstrom wird gelöscht, wodurch das Wärmeflußschaltglied 208 supraleitend und das paramagnetische SaIzPl vom Konstanttemperaturspeicher 201 thermisch isoliert wird.

4. Der Strom I_1n wird bis auf den Wert Null verringert und hierdurch das paramagnetische Salz 202 entmagnetisiert und abgekühlt.

5. Im Wärmeflußschalter 205 wird ein Supraleiterstrom angeregt und hierdurch das Wärmeflußschaltglied 220 in den elektrisch normalleitenden Zustand versetzt. Das Wärmeflußschaltglied 220 stellt im elektrisch normalleitenden Zustand eine wärmeleitende Verbindung zwischen dem Speicher 203 und dem paramagnetischen Salz 202 her. Durch die Entmagnetisierung dieses Salzes hat sich die Salzpille Pl auf ungefähr 0,1⁰K abgekühlt. Da das Wärmeflußschaltglied 220 wärmeleitend geworden ist, gleichen sich die Temperaturen der Salzpillen P1 und P 2 einander an, was gleichbedeutend mit einer Kühlung der Salzpille P2 durch die Salzpille Pl ist.

6. Nach Herstellung der Temperaturgleichheit zwischen dem Speicher 203 und dem paramagnetischen Salz 202 wird der Supraleiterstrom im Wärmeflußschalter 205 zum Verschwinden gebracht. Der mit dem Erlösen des Supraleiterstromes im Wärmeflußschalter 205 einhergehende Abbau des magnetischen Feldes, das bisher auf das Wärmeflußschaltglied 220 eingewirkt hat, löst die Umsteuerung dieses Schaltgliedes in den

ίο supraleitenden Zustand und somit die Wärmeisolierung des Speichers 203 vom Salz P1 aus.

Dieser Zyklus wird nun ständig wiederholt, damit dauernd vom Speicher 203 Wärme abgeführt wird.

Es erscheint bemerkenswert, daß der Wärmetransport in der Anordnung stets von unten nach oben erfolgt, d. h. vom Tieftemperaturspeicher 203 zur Arbeitssubstanz P1 und von der Arbeitssubstanz P1 zum Speicher 201.

Die in Fig. 13 gezeigte Kühleinrichtung ist eine einstufige Kühleinrichtung. Um noch tiefere Temperaturen herzustellen, kann der durch Fig. 13 veranschaulichten Anordnung eine zweite Stufe nachgeschaltet werden, die so unterhalb des Speichers 203 anzuordnen wäre, daß der Speicher 203 den im Vergleich zu den Temperaturverhältnissen in der nachgeschalteten Stufe auf hoher Temperatur befindlichen Konstanttemperaturspeicher dieser zweiten Stufe bildet.

Die Schaltvorgänge bei den Wärmeflußschaltern 204 und 205 im Zuge eines Arbeitszyklus der Kühleinrichtung sind in dem durch Fig. 14 wiedergegebenen Diagramm gezeigt. In diesem Diagramm sind die den Wärmeflußschaltern 204 und 205 zugeführten Steuerimpulse in ihrer zeitlichen Zuordnung zum Verlauf des Stromes I_m sowie des Temperaturganges der Salzpillen Pl und P 2 dargestellt.

Wie aus Fig. 14 hervorgeht, wird im Intervall t_t der Stromfluß durch den Magneten 234 eingeleitet.

Während dieses Zeitintervalls wird die Salzpille Pl magnetisiert, wodurch ihre Temperatur auf über 1°K ansteigt.

Zu Beginn des Zeitintervalls t₂ wird der Klemme 217 des Wärmeflußschalters 204 ein Stromimpuls I_ib zugeleitet. Dieser Stromimpuls versetzt auf Grund des Magnetfeldes, das er in der Spule 216 hervorruft, den Leiter 213 in den normalleitenden Zustand. Gleichzeitig wird ein Stromimpuls I_{2 a} der Klemme 214 zugeführt, der ausschließlich seinen Weg über die im supraleitenden Zustand befindliche Spule 212 nimmt. Wie aus Fig. 14 ersichtlich, ist der Stromimpuls I_{2 a} von längerer Dauer als der Stromimpuls /_2& und leitet dadurch einen Supraleiterstrom in dem in sich geschlossenen Stromkreis ein, der aus der Spule 212 und dem durch die kürzere Dauer des Stromimpulses I_{2 b} inzwischen wieder supraleitend gewordenen Leiter 213 besteht. Dieser Vorgang ist im einzelnen bei der Erläuterung der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 beschrieben worden. Das Vorhandensein eines Supraleiterstromes in diesem Stromkreis versetzt auf Grund des Feldes, das der Supraleiterstrom in der Spule 212 verursacht, das Wärmeflußschaltglied 208 in den normalleitenden Zustand. Der elektrisch normalleitende Zustand des Wärmeflußschaltgliedes 208 bedingt einen wärmeleitenden Pfad zwischen der Salzpille Pl und dem Konstanttemperaturspeicher 201. Wie aus dem in Fig. 14 als Temperatur T_{P x} der SalzpillePl ge-

kennzeichneten Kurvenzug hervorgeht, gleichen sich die Temperaturen der PiIIeFl und des Konstanttemperaturspeichers 201 mit Beginn des elektrisch normalleitenden Zustandes des Wärmeflußschaltgliedes 208 einander an, was gleichbedeutend mit der Kühlung der magnetisierten Salzpille Fl durch den Konstanttemperaturspeicher 201 ist. Während des Zeitintervalls t₀ bleibt der Strom I_n, konstant, und die PiIIeFl bleibt daher magnetisiert.

Am Ende des Intervalls t₂ wird der Klemme 217 ein Stromimpuls I_{2 b} zugeführt, der den Leiter 213 in den elektrisch normalleitenden Zustand zurückführt. Hierdurch wird der Supraleiterstrom, der im Wärmeflußschalter 204 fließt, zum Verschwinden gebracht. Dies hat zur Folge, daß das Wärmeflußschaltglied 208 in den supraleitenden Zustand zurückkehrt und den wärmeleitenden Pfad zwischen der Salzpille P1 und dem Konstanttemperaturspeicher 201 unterbricht.

Das Zeitintervall t₃ wird mit der Verringerung des Stromes I_n, eingeleitet, der am Ende des Zeitintervalls i₃ auf den Wert Null abgesunken ist. Durch das Verschwinden des Stromes I_m wird die Salzpille Pl entmagnetisiert. Die Temperatur der Salzpille Pl sinkt hierdurch geringfügig unter 0,1° K, also auf einen sehr tiefen Wert. Zu Anfang des Zeitintervalls i₄ werden den Klemmenpaaren 228, 226 und 225, 226 die Stromimpulse I_{1 a} und I_{1 b} zugeleitet. Auf diese Weise wird in dem aus der Spule 223 und dem Leiter 224 bestehenden Stromkreis ein Supraleiterstrom angeregt, wie dies bereits im einzelnen beschrieben worden ist. Der im Wärmeflußschalter 205 fließende Supraleiterstrom versetzt das Wärmeflußschaltglied 220 in den normalleitenden Zustand, wodurch ein wärmeleitender Pfad zwischen der Salzpille Pl und der Salzpille P 2 entsteht. Während des Intervalls i₄ gleichen sich somit die Temperaturen der Salzpillen Fl und F 2 einander an. Die Temperatur der Salzpille F2 wird dabei erniedrigt. Am Ende des Intervalls i₄ wird ein zweiter Impuls I_{1 b} der Klemme 228 zugeleitet, der den Supraleiterstrom im Wärmeflußschalter 205 zum Verschwinden bringt. Hierdurch kehrt das Wärmeflußschaltglied 220 vom normalleitenden in den supraleitenden Zustand zurück und bildet dadurch einen Wärmeisolator zwischen den Salzpillen Fl und F 2.

Mit dem Ende des Intervalls i₄ ist zugleich ein Arbeitszyklus der Kühleinrichtung abgeschlossen. Während des Intervalls i₅ vollziehen sich keine neuen Schaltvorgänge. Die Dauer des Intervalls t₅ hängt von der Folgefrequenz ab, mit der ein Arbeitszyklus der Kühleinrichtung wiederholt werden muß, damit die Salzpille F 2 auf einem Temperaturniveau von 0,1° K bleibt.

Wie aus F i g. 14 hervorgeht, steigt die Temperatur Tp₂ der Salzpille F 2 vom Beginn des Arbeitszyklus bis zur Beendigung des Intervalls t₃. Während des Intervalls i₄ erniedrigt sich die Temperatur der Salzpille F 2, da sie in diesem Intervall durch die Salzpille Fl gekühlt wird. Vom Ende des Intervalls i₄ ab steigt wieder die Temperatur der Salzpille F 2 bis zu Beginn des nächsten Intervalls i₄. Der Temperaturanstieg der Salzpille F 2 während der Intervalle t_t bis t₃ sowie t_s und auch die Frequenz, mit der ein Arbeitszyklus der Kühleinrichtung wiederholt werden muß, hängt von dem Temperaturanstieg ab, den die Kühleinrichtung durch ihre Kühlwirkung erleidet.

Wenn die in F i g. 13 gezeigte Kühleinrichtung zur Abkühlung einer Substanz auf ungefähr 0,1° K dient, ist ein wärmeleitender Pfad zwischen dieser Substanz und der Salzpille F 2 erforderlich. Es ist daher eine passend bemessene öffnung oder ein Anschlußstück für einen Wärmeleiter an der in F i g. 13 gezeigten Kühleinrichtung vorzusehen, um die zu kühlende Substanz mit der Salzpille F 2 in Verbindung zu bringen. Solche Hilfsmittel sind in Fig. 13 nicht ίο dargestellt, da sie als allgemein bekannt vorausgesetzt werden.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Bistabiles Schaltelement zu Steuer- und Speicherzwecken, vorzugsweise für elektronische Rechenmaschinen, mit einer supraleitenden Leiterschleife, in welchem ein äußeres Magnetfeld erst bei kurzzeitigem Überführen eines Teils der Leiterschleife_ in den normalleitenden Zustand

ao durch ein zusätzliches Magnetfeld (Schalt- oder Steuerfeld) in das Innere der Leiterschleife eindringt, und durch anschließendes Abschalten des äußeren Magnetfeldes ein Supraleiterstrom erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum kurzzeitigen Überführen eines Teiles (51,4) der supraleitenden Leiterschleife (51) in den normalleitenden Zustand aus zwei koinzident zu erregenden, sich über diesem Teil der Leiterschleife kreuzenden Steuerleitern (52 und 53) besteht, welche gegen die Leiterschleife entkoppelt in einer Symmetrieachse der Leiterschleife (F i g. 5 und 6) oder spiegelbildlich zu einer solchen (F i g. 4) verlaufen, und daß die Einrichtung zum Anlegen eines äußeren Magnetfeldes aus einer Leiteranordnung (54) besteht, welche mindestens zu einem Teil der Leiterschlaufe parallel verläuft.

2. Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten beiden Einrichtungen durch nur zwei Steuerleiter (59 und 60) gebildet sind, welche zu je einem Teil der Leiterschleife (61) parallel verlaufen (Fig. 7A) und derart erregbar sind, daß ihre in das Innere der Leiterschleife eindringenden Magnetfelder sich entweder gegeneinander aufheben (F i g. 8 B) oder zur späteren Ausbildung eines Supraleiterstromes gegenseitig unterstützen (F i g. 8 A).

3. Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Leiterschleife (61) an der Kreuzungsstelle (62) der beiden Einzelleiter (59, 60) aus einem besonders leicht in den normalleitenden Zustand überführbaren Supraleitermaterial besteht (Fig. 7B).

4. Schaltelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Leiterschleife (18, 19) derart ausgebildet ist, daß die Induktivität des in den normalleitenden Zustand überführbaren Teiles (18) klein ist gegen diejenigen der restlichen Leiterschleife, so daß an ihm beim Überführen in den normalleitenden Zustand ein Ausgangs-Spannungsimpuls entsteht, wenn in diesem Zeitpunkt in der Leiterschleife ein Supraleiterstrom fließt (Fig. 2).

5. Schaltelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der supraleitenden Leiterschleife (34) derart in der Nähe eines galvanisch von ihr

getrennten weiteren Supraleiters (44 a) angeordnet ist, daß dieser durch das Magnetfeld eines in der Leiterschleife fließenden Supraleiterstromes in den normalleitenden Zustand überführbar ist (Fig. 3).

6. Schaltelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der supraleitenden Leiterschleife derart in der Nähe mehrerer galvanisch von ihr getrennter weiterer Supraleiter angeordnet ist, daß durch das Magnetfeld eines in der Leiterschleife fließenden Supraleiterstromes abhängig von seiner Feldstärke jeweils eine ganz bestimmte Anzahl dieser weiteren Supraleiter in den normalleitenden Zustand überführbar ist.

7. Schaltelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Nähe des oder der weiteren Supraleiter angeordnete Teil der supraleitenden Leiterschleife derart ausgebildet ist, daß seine Induktivität größer ist als ao diejenige der restlichen Leiterschleife.

8. Schaltelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Nähe des oder der weiteren Supraleiter (208) angeordnete Teil (212) der supraleitenden Leiterschleife (212, 213) als Spule ausgebildet ist (F i g. 13).

9. Schaltelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des in der

Nähe des oder der weiteren Supraleiter (164) angeordneten Teiles (182) der supraleitenden Leiterschleife (183) geringer ist als derjenige der restlichen Leiterschleife (F i g. 10).

10. Schaltelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der durch das Magnetfeld der supraleitenden Leiterschleife (34) in den normalleitenden Zustand überführbare weitere Supraleiter (44 a) parallel mit zwei durch das Magnetfeld der auf die Leiterschleife einwirkenden Einzelleiter (46 und 50) in den normalleitenden Zustand überführbare Supraleiter (42 a und 43 a) an eine Stromquelle (38^4) angeschlossen ist, so daß an dieser Parallelschaltung nur dann eine Spannung auftritt, wenn sowohl in der Leiterschleife als auch in beiden Einzelleitern ein Strom fließt (Fig. 3).

11. Schaltelement nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Supraleiter (208) als Wärmeflußschaltglied eines Wärmeflußschalters dient, das im elektrisch normalleitenden Zustand wärmeleitend ist und im supraleitenden Zustand als Wärmeisolator wirkt (Fig. 13).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Radio mentor, September 1956, S. 578;
Proc. LRE., April 1956, S. 482 bis 493.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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