DE2555784A1 - Supraleitender speicher - Google Patents

Description

Aktenzeichen der Anmelderini SZ 9-74-003

Supraleitender Speicher

Die Erfindung betrifft einen supraleitenden Speicher, der Speicherzellen mit mindestens einen Josephson-Kontakt hat und die Quantisierung des magnetischen Flusses für die Speicherung von Daten ausnutzt und Adressierungs- sowie Lese- Schreibschaltungen hat, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Speichers.

In supraleitenden Schaltungen kann bekanntlich ein sogenanntes Josephson-Element Tunnelströme führen, die eine ausserordentlich dünne Oxidschicht zwischen supraleitendenden Elektroden oder ein Gebiet schwacher Kopplung zwischen Supraleitern zu durchdringen vermögen. Ueber einen Josephson-Kontakt fliesst entweder ein rei-

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ner_? auf dem Tunneleffekt der Cooperpaare beruhender Josephson·· Strom ohne jeglichen Spannungsabfall über der Oxidschicht, oder es fliesst zusätzlich noch ein Tunnelstrom der einzelnen Leitungselektronen, was dann mit einem Spannungsabfall zwischen den supraleitenden Elektroden verbunden ist. Dieser Spannungsabfall entspricht der Bindungsenergie zwischen den Elektronen eines Cooperpaares und somit der Energielücke,die beide Arten Ladungsträger voreinander trennt. Die Grosse des maximal möglichen Josephson-Stromes kann man durch Anlegen von magnetischen Feldern beeinflussen, die beispielsweise durch Ströme in Steuerleitungen geliefert werden. Ein Josephson-Kontakt schaltet von seinem supraleitenden Zustand in den spannungsbehafteten oder sogenannten normalleitenden Zustand um, sobald der durch den Kontakt fliesaende Strom grosser als der maximale Josephson-Strom wird. Dieses Umschalten kann man daher entweder durch Absenken des maximalen Josephson-Stromes. mittels eines magnetischen Feldes z.B. mittels eines Steuerstromes oder durch Erhöhen des durch den Kontakt fliessenden Stromes oder durch beides gleichzeitig bewirken. Ein Zurücksetzen des Josephson—Kontaktes in den supraleitenden Zustand erreicht man durch Abschalten des Kontaktstromes oder durch Ausnutzen anderer Effekte wie beispielsweise des Wechselstrom-Josephson-Effektes.

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Es sind supraleitende Speichereinrichtungen mit steuerbaren I Josephson-Kontakten oder Josephson-Gattern bekannt, welches das Umschaltungen der Gatter zum Steuern von permanenten Ringströmen in supraleitenden Leiterschieifen ausnutzen. Die Umlaufrichtungen der umschaltbaren Ringströme verkörpern die zu speichernden Binärwerte. Ein Beispiel dieser Art ist im US-Patent 3.626.391 bzw. seinem korrespondierenden Schweizer Patent 486.095 beschrieben. Die relativ grossen Speicherzellen enthalten zwei für das Umschalten der Ringströme benötigte Josephson-Kontakte. Der mit den persistenten Ringströmen verkoppelte magnetische Fluss von der Grössenordnung einiger hundert Flussquanten ist ebenfalls relativ hoch.

Da der in supraleitenden Leiterschleifen eingefangene magnetische Fluss guantisiert ist, kann man für die Speicherung von Daten auch die Quantisierung des magnetischen Flusses ausnutzen. Speichereinrichtungen mit Ringzellen können so ausgelegt sein, dass nur sehr wenige Flussquanten mit den Ringströmen verkoppelt sind. Eine Speicherzelle, bei der die Binärwerte Zuständen entsprechen, in denen nur ein einziges oder gar kein Flussquant in die Ringzelle eingefangen ist, wurde durch D.E. Mc Cumber vorgeschlagen.

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Es wird auf seine Arbeit "Tunneling and Weak-Link Superconductor Phenomena Having Potential Device Applications" verwiesen, die auf den Seiten 2503 bis 2508 des Bandes 39, Nr. 6, des Journal of Applied Physics im Mai 1968 erschienen ist. Eine technische Beschreibung solcher Speicherzellen befindet sich in dem US-Patent 3.705.393 bzw. im IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 14, Nr. 4, September 1971, Seite 1345. In dieser Speichereinrichtung werden die Zellen bei Koinzidenz zweiter Ströme umgeschaltet, welche zwei mit der Zelle magentisch gekoppelten Stromleitungen zugeführt werden. Die Arbeitsweise beruht darauf, dass Ringströme in die Schleife induziert werden, mit denen ein magnetischer Fluss verkoppelt ist. Sobald die Summe der Ströme den maximal möglichen Josephson-Strom des in der Schleife vorhandenen Josephson-Kontaktes überschreitet, dringt ein magnetisches Flussquantum in die Zelle ein.

Eine wesentliche verbesserte Speichereinrichtung dieser Art ist im Schweizer Patent 539.919 beschrieben. Die zugrundeliegende Theorie ist dort ausführlich erläutert.

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Die Quantisierung äes magnetischen Flusses kann für die Speicherung von Daten aber nicht nur in Speicherzellen mit supraleitenden Leiterschleifen ausgenutzt v/erden. Flussquanten können auch innerhalb eines Josephson-Kontaktes eingefangen werden und bilden dort sogenannte Wirbelmoden unterschiedlicher Quantenzahlen. Die grundlegende theoretische Arbeit für dieses Gebiet wurde durch CS. Owen und D.J. Scalapino unter dem Titel "Vortex Structure and Critical Currents in Josephson Junctions" auf den Seiten 538 bis 544 im Band 164, Nr. 2 der Physical Review am 10. Dezember 1967 veröffentlicht. Sin Josephson-Kontakt-Si^eicher, v/elcher benachbarte Wirbelmoden für Speicherzwecke ausnutzt, wurde bereits vorgeschlagen (Schweizer Patentanmeldung 13.521/73 vom 20. September 1973).

Alle bis jetzt bekannten oder vorgeschlagenen Speichereinrichtungen mit Josephson-Kontakten, welche die Quantisierung des magnetischen Flusses für Speicherzwecke ausnutzen, sehen jedoch bisher keine Möglichkeit vor, die gespeicherte Information zerstörungsfrei auszulesen. Vielmehr ist immer ein Wiedereinschreiben der durch das Auslesen gelöschten Information erforderlich.

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Manche dieser Speichereinrichtungen verlangen ausserdem einen besonderen vorbereitenden Speicherzyklus, bevor neue Information eingeschrieben werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine supraleitende Speichereinrichtung zu schaffen, die sich speziell für die Herstellung in hochintegrierter Technik eignet, die sich durch extrem niedrige Verlustleistungen auszeichnet und ein zerstörungsfreies Auslesen der gespeicherten Information· ermöglicht, sowie ein Verfahren zum Betreiben dieses Speichers zu schaffen, dass ein sicheres Speichern und Auslesen von Informationen möglich ist.

Die erfindungsgemässe Lösung besteht in einem supraleitenden Speicher geroäss dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 und in einem Verfahren zum Betreiben dieses Speichers gemäss dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 12.

Bisher war das Bestreben, supraleitende Speichereinrichtungen mit Josephson-Kontakten immer mit ausreichend gedämpften Speicher-

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zellen zu bauen, damit etwaige Schwingungsvorgänge mit Sicherheit vermieden werden. Jede Speicherzelle hat gewisse Parameter, welche das Schaltverhalten der Zelle bestimmen, wie beispielsweise Werte der äquivalenten Induktivität L, der äquivalenten Kapazität C und des massgeblichen äquivalenten Widerstandes R in einem Ersatzschaltbild. Unterkritische Dämpfung bedeutet nun, dass der Betrag der Dämpfung y=L/4 C R für ein bestimmtes Ersatzschaltbild kleiner als Eins ist, d.h. unterhalb des viertes der kritischen Dämpfung liegt. Kritische Dämpfung liegt dann vor, wenn . eine Stosserregung gerade aperiodisch ausklingt. Schwach unterritische Dämpfung bewirkt ein gewisses Ueberschwingen, bevor der Schaltvorgang zum Ausgleich kommt, denn die äquivalenten Schaltelemente bilden einen Resonator mit bestimmter Eigenfrequenz. Der Dämpfungsfaktor enthält jedoch auch Nichtlinearitäten und hängt überdies von dem benutzten Arbeitspunkt ab.

Es hat sich herausgestellt, dass ein Schaltverhalten der Speicherzellen mit unterkritischer Dämpfung das zerstörungsfreie Auslesen der Information ermöglicht.

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Die Erfindung wird mit Hilfe der rZeichnungen anhand von Ausj führimgsbeispielen näher erläutert.

;Die Figuren zeigen:

Fig. 1 Das Ersatzschaltbild einer Speicherzelle vom

Interferometertyp mit zwei Josephson-Kontakten, die durch eine Induktivität miteinander verbunden sind.

Fig. 2 Eine Ausfuhrungsform einer Speicherzelle nach

Fig. 1.

Fir. 3 Einen Abschnitt der Steuerkennlinie einer Speicherzelle nach Fig. 1, der die Wirbelmoden mit den Quantenzahlen 0,1 und 2 umfasst.

Fig. 4 ; Einen Abschnitt aus der für das Einschreiben von

Information durch einen zusätzlichen Kontrollstroifr veränderten Steuerkennlinie einer Speicherzelle nach Fig. 2.

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Fig. 5 Das Schema einer Speichereinrichtung, die als Festwertspeicher oder als Speicher mit wahlfreiem Zugriff gebraucht werden kann.

Fig. 6 Eine Ausführungsform einer in der Speichereinrichtung

nach Fig. 5 verwendbaren Speicherzelle mit einem Josephson-Kontakt besonderer Formgebung.

Fig. 7 Das Schaltschema einer ersten Art von Leseschaltung .

Fig. 8 Das Schaltschema einer zweiten Art von Leseschaltung.

Fig. 9 Das Schaltschema einer Speicherzelle mit einem Josephson-

Kontakt und einer Induktivität im Nebenschluss, wobei der · Kontrollstrom induktiv in die Schleife einkoppelbar ist.

Fig. 10 Eine Ausführungsform der Speicherzelle, nach Fig. 9

Fig. 11 Ein Diagramm, das den auf den maximalen Josephsonstrom

normierten Kontaktstrom in der Speicherzelle nach den Fign. 9 und 10 in Abhängigkeit von der auf das Flussquantum normierte: Phasendifferenz der quantenmechanischen Wellenfunktionen zeigt.

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Speicherzellen mit möglichst geringem Platzbedarf auf dem Chip arbeiten zweckmässig unter Ausnutzung von Wirbelmoden der Flussquantisierung. Beispielsweise können daher einzelne sogenannte lange Josephson-Kontakte verwendet werden, deren Länge praktisch mindestens das doppelte der Josephson-Eindringtiefe beträgt. Diese Kontakte zeigen im Betrieb Kennlinien in der Art von Interferometerkurven. Reine Interferometer zellen mit zwei parallel geschalteten Josephson-Kontakten zeigen diese Eigenschaft besonders ausgeprägt. Interferometerkennlinien lassen sich jedoch auch mit Speicherzellen mit einzelnen Josephson-Kontakten besonderer Formgebung erzielen.

Fig. 1 zeigt das Ersatzschaltbild einer Speicherzelle vom Interferometertyp mit zwei punktförmigen Josephsonkontakten, die durch eine Induktivität L miteinander verbunden sind. Die Verluste in der Zelle werden durch einen Ersatzwiderstand R verkörpert. Jeder Josephsonkontakt kann einen maximalen Josephsonstrom I fuhren. Der von einer geeigneten Quelle zugeführte Kontaktstrom I teilt sich auf die beiden Josephsonkontakte auf, Ein Steuerstrom I kann induktiv in die Speicherzelle eingekoppelt werden.

Eine mögliche Ausführungsform einer Interferometerzelle ist in Fig. 2 dargestellt. In integrierter Schaltungstechnik ist, isoliert auf einer - nicht dargestellten - supraleitenden Grundschicht, eine Metallisierung

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Μ2 aufgebracht, welche die unteren Elektroden der beiden Josephson-Kontakte sowie den einen Anschluss für den Kontaktstrom bildet. In den schraffierten Bereichen ist eine dünne Oxidschicht aufgebracht. Eine weitere Metallisierung M3 bildet die oberen Elektroden und den anderen Anschluss für den Kontaktstrom, der beispielsweise in einer Speichermatrix gleich dem Wortstrom I in einer ersten Koordinatenrichtung ist. In der zweiten Koordinatenrichtung kann eine induktiv gekoppelte Steuerleitung als Steuerstrom den Bitstrom Ig liefern. Aus weiter unten erläuterten Gründen verläuft gleichfalls in Bitrichtung..eine parallele HilfsSteuerleitung für einen HilfsSteuerstrom Ig^aux, welche Leitung die Zelle im Bereich der beiden Josephson-Kontakte kreuzt. In den Ausführungsbeispielen wurde eine Organisationsform der Speichermatrix mit dieser Art der Ansteuerung gewählt. Eine Speichermatrix-kann aber auch anders organisiert sein, so dass beispielsweise der Kontaktstrom dem Bitstrom der Speicherzelle entspricht und der Kontrollstrom des oder der Josephsonkontakte dem Wortstrom der Speicherzelle.

Der Eins-Modus entspricht dem Zustand der Speicherzelle, in welchem ein einzelnes Flussquantum in der Zelle eingefangen ist, während in dem Null-Modus kein solches Flussquantum eingefangen ist. Das Einfangen eines Flussquants kann in der Induktivität einer Leiterschleife erfolgen. Bei den Wirbelmoden eines langen Josephsonkontaktes wird ein zirkulierender Superstrom in'den Kontakt selbst induziert. Dieser Strom fliesst dann entlang einer

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der Elektroden und kehrt entlang der anderen Elektrode in einer Schleife zurück, welche durch die Oxidschicht des Kontaktes geschlossen ist. Die Schleife umschliesst ein Bündel von Flusslinien, die näherungsweise einem elementaren Flussquantum $>_o entsprechen. Wenn die Induktivität gross genug ist, ist es möglich, dass der Ueberlappungsbereich der beiden ersten Moden den Ursprung des Diagramms der Steuerkennlinie enthält, wodurch die Speicherung eines einzelnen Flussquants in der Zelle ohne Ruheströme ermöglicht wird.

Die Steuerkennlinie einer Speicherzelle vom Interferometertyp besteht aus einer Anzahl von einander überlappenden Aesten, die jeweils zu einem Modus gehören. Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus der Steuerkennlinie einer Speicherzelle mit einem Ersatzschaltbild nach Fig. 1. Es ist der normierte Kontaktstrom I_a/I_mo in Abhängigkeit von normierten Steuerstrom I_c/I_mo dargestellt. Beide Ströme sind auf den bei Abwesenheit eines Magnetfeldes maximal möglichen Josephsonstrom I_mo normiert. Die Form der Steuerkennlinie wird im wesentlichen von einem dimensionslosen Parameter λ bestimmt, den man als normierte Induktivität bezeichnen könnte. Es ist Λ « 2 7? L I_n, /af_o . Dabei bedeutet L die äquivalente Induktivität des Ersatzschaltkreises und I_m den Josephsonstrom, d.h. das Produkt LI_m gibt den maximalen Fluss φ in der Speicherzelle an. ψ_ο — — = 2-fO Vtee ist das elementare Flussquantum.

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Die Kennlinie nach Fig. 3 gilt für den Fall, dass der Strom I gleich dem maximal möglichen Strom bei Abwesenheit eines Magnetfeldes ist (I = I_mo). Dann wird X-ZTC . Weiter ist die Güte des Resonators mit Q = 0,4 angenommen. Die maximale Stromdichte der Josephsonkontakte betrage J_mQK = 10 4 A / cm^ . Es sind nur die Aeste der Kennlinie dargestellt, welche den ersten drei Quantenzuständen entsprechen.. Die angeschriebenen Quantenzahlen 0,1 und 2 bedeuten, dass im jeweiligen Modus keines, eins oder zwei Flussquanten in der Speicherzelle eingefangen sind. Die Einhüllende der Steuerkennlinie ist eine mehr oder weniger scharf ausgezackte Wellenlinie, deren Maxima im interessierenden Bereich praktisch auf gleicher Höhe liegen. Bei stärkeren Kontaktströmen oberhalb der Einhüllenden können die Josephsonkontakte nur im spannungsbehafteten Zustand existieren. Die einzelnen Moden überlappen einander teilweise. Die Grenzen der Ueberlappungsbereiche sind durch besondere Testschaltungen ermittelbar.

In den Ueberlappungsbereichen kann je nach der Vorgeschichte der Arbeitspunkt dem einen oder dem anderen Modus angehören. Er kann dann stabil in einem supraleitenden Bereich liegen, der durch die Anzahl der eingefangenen Flussquanten gekennzeichnet ist. Die Begrenzungen der Ueberlappungsbereiche sind teilweise ausgezogen und teilweise ge-

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strichelt dargestellt. Genauere Untersuchungen haben nämlich erwiesen, dass das SchaItverhalten beim Ueberschreiten der Grenzen verschieden sein kann.

Eine geeignete Kombination von Kontakt strömen und Steuerströmen vermag, die Speicherzelle von einem Modus in einen anderen Modus zu
schalten, wobei mindestens eine Grenze eines Ueberlappungsbereiches überschritten wird.

In einer Speicherzelle mit ausreichender Dämpfung erfolgt das Umschalten zwischen unmittelbar benachbarten Moden, beispielsweise von 0 nach 1, von 1 nach 2, und so fort. Bei unterkritisch gedämpften Speicherzellen kann man ein Schaltverhalten erreichen, wobei von einem Zustand in einen
folgenden Zustand umgeschaltet wird, der nicht der unmittelbar benachbarte Modus ist. Man kann beispielsweise vom Null-Modus direkt in
den Zwei-Modus umschalten, wobei der Eins-Modus ausgelassen wird und nicht in Erscheinung tritt.

Die Bedingung, dass ein schwingungsfähiges Gebilde unterkritisch gedämpft ist, kann man dadurch ausdrücken, dass man .verlangt, dass sein Dämpfungsfaktor y kleiner als Eins ist. Für eine Speicherzelle mit dem Ersatzschaltbild nach Fig. 1 gilt dann:

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2 CR*
Dabei ist C die Kapazität eines Josephson-Kontaktes.

Der Dämpfungsfaktor der supraleitenden Speicherzelle kann auch mit Hilfe von anderen Parametern definiert werden, beispielsweise durch die Resonanzfrequenz CJ,- , die Josephsonfrequenz «,„ des Wechselstrom-Josephsoneffektes und die Güte Q=R /«/- des Resonators. Der so definierte Dämpfungsfaktor lautet:

Cuj

Um die erforderliche Güte Q des Resonators abschätzen zu können, wird von den oben genannten, vorausgesetzten Weiten der Stromdichte J _max = 10 ^ A/cm2 und des Parameters X der normierten Induktivität bzw. des Flusses λ.=27Γ ausgegangen.Die Energielückenspannung für die verwendeten Materialien liegt bei V_g = 2,5 mV. Die Josephsonfrequenz beträgt in diesem Falle M_n, «-γ- Vs/Φ_ο = 6*25 . 10 ¹² see"¹. Das im Zähler der Gleichung (2) benötigte Frequenzverhältnis kann bestimmt werden aus:

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r- ■, in —4 it I / "1 /1 N

- 61 · 10 ^ VJmax / Λ (3)

Für die Abschätzung der Güte Q des Resonators wird der Dämpfungsfaktor in Gleichung (2) gleich Eins gesetzt, und die entsprechenden Werte für die Stromdichte und für den Parameter λ der Josephson-Kontakte werden nach Gleichung (3) eingesetzt. Die Güte ergibt sich dann zu Q - 0 ,122. Das bedeutet, dass für eine Stromdichte von 10 A / cm ^und maximalen Fluss (λ. = 2ic J die Resonatorgüte des Josephsonkontaktes grosser als 0,12 sein muss, damit die Speicherzelle unterkritisch gedämpft ist. Nur dann zeigt sie die erwünschten Eigenschaften, welche eine Anwendung in einer Speichereinrichtung mit zerstörungsfreiem Auslesen ermöglichen.

Zum vorübergehenden Umschalten von beispielsweise dem Null-Modus in den Zwei-Modus müssen die Selektionsströme zum Ansteuern der Speicherzelle in bestimmterWeise und Reihenfolge angewendet werden. Die Grenze des Null-Modus darf nur mit Kontaktströmen unterhalb eines gewissen Wertes gekreuzt werden, der in Fig. 3 mit dem Punkt X zwischen dem ausgezogenen und dem gestrichelten Teil der Geraden markiert ist. (Bei Ueberschreiten der Grenze oberhalb dieses Wertes geht nämlich eine unterkritisch gedämpfte Speicherzelle vom supraleitenden Null-Zustand

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nicht in den benachbarten supraleitenden Eins-Zustand, sondern gleich in den spannungsbehafteten Zustand über.) Der Schaltvorgang vom NuIl-Zustand zum Zwei-Zustand erfolgt unter Einfangen zweier Flussquanten. Diese Flussänderung kann als induzierter Spannungsimpuls mit geeigneten LeseschaJtungen abgefühlt werden. Nach Abschalten der Selektionsströme bzw. nach dem Aufhören der entsprechenden Impulse geht die Speicherzelle wieder in den ursprünglichen Zustand, d.h. den Null-Modus, selbsttätig zurück, weil sie unterkritisch gedämpft ist.

Das Beispiel einer Steuerkennlinie in Fig. 3 gilt für Q = 0,4. Die Güte des Resonators ist von ausreichender Höhe, so dass die Speicherzelle unterkritisch gedämpft ist. Mit guter Annäherung können die Grenzen der Wirbelmoden durch Geraden dargestellt werden. Der Zustand, bei welchem kein Flussquantum eingefangen ist, liegt symmetrisch zur Ordinatenachse, auf der der normierte Kontaktstrom I /I aufgetragen ist. Die rechte, von Punkt 2 ausgehende Gerade trifft die Abszissenachse in einem Punkt C bei einem positiven Wert des normierten Steuerstromes I_c / I_mo · Die linke Grenze des Null-Zu Standes verläuft symmetrisch im zweiten Quadranten. In Richtung positiver Steuerströme folgen weitere Kurvenäste, welche höheren Wirbelmoden zugeordnet sind. Die Grenzen des Eins-Zu Standes treffen die Abszissenachse in den Punkten A und D. Die linke

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Begrenzung des Zwei-Modus trifft im Punkt B die Steuerstromachse. Der Klarheit halber sind weitere Aeste der Kennlinie nicht dargestellt. Der gezeigte Bereich ist ausreichend,, um die Grundzüge zu erläutern.

In den Ueberlappungsbereichen sind stabile Arbeitspunkte verschiedener benachbarter Wirbelmoden existenzfähig. Beispielsweise sind in dem dreieckigen Bereich der Kennlinie mit den Basispunkten A und C mindestens die Moden Null und Eins möglich, im kleinen Teildreieck mit den Basispunkten B und C ausserdem noch der Zwei-Modus.

Es wird nun ein Arbeitspunkt in dem Gebiet betrachtet, das man erhält, wenn man von dem Dreieck mit den Basispunkten A und C das Teildreieck mit den Basispunkten B und C substrahiert. Bei fehlendem Kontaktstrom sei ein Ruhestrom I_co / I _mo vorhanden, der einen Arbeitspunkt zwischen A und B definiert. Die Speicherzelle kann dann entweder im Null-Zustand oder im Eins-Zustand sein, welchen Wirbelmoden man beispielsweise die entsprechenden Binärwerte Null oder Eins zuordnen kann. Ist der Ueberlappungsbereich der Null- und Eins-Moden gross genug, so dass er den Koordinatenursprung enthält, kann man einen stabilen Arbeitspunkt auch ohne einen besonderen Ruhestrom I_co / I _mo erreichen.

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Die Speicherzelle sei zunächst im Eins-Zustand. Wird nun - in dieser Reihenfolge - zur Selektion der Zelle in der in Fig. 3 mit Pfeilen eingezeichneten Weise ein bestimmter Steuerstrom I_c / I_mo als Bitstrom Ig und anschliessend ein bestimmter Kontaktstrom Ig / I_mo als Wortstrom I_w zugeführt, dann bleibt die Speicherzelle im Eins-Zustand, obwohl eigentlich eine-gestrichelte-Grenze überschnitten wird. Während der Selektion verbleibt nämlich der Arbeitspunkt immer noch in dem dreieckigen Bereich der Steuerkennlinie mit den Basispunkten A und D. Das ist aber der Bereich, in dem der Eins-Wirbelmodus existenzfähig ist» Es findet kein Quantenübergang statt. Der gespeicherte Binärwert Eins bleibt erhalten. Es wird kein Ausgangssignal erzeugt, was entsprechend interpretierbar ist. Bedingung ist nur, dass keine solche Modengrenze der Steuerkennlinie gekreuzt wird, wobei infolge der unterkritischen Dämpfung der Speicherzelle ein Uebergang der Zelle in den spannungsbehafteten Zustand erfolgen kann. Das ist in der Figur der ausgezogene Teil der Grenzgeraden. Es muss also der mit X bezeichnete Punkt sozusagen umgangen werden. Damit wird auch erreicht, dass in diesem Falle die Speicherzelle nicht in den an sich ebenfalls existenzfähigen Zwei-Modus umschaltet.

Nun sei angenommen, dass die Speicherzelle ursprünglich im Null-Zustand ist. Wieder wird zur Selektion die oben beschriebene Impulsfolge angewendet.

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Jetzt findet jedoch ein Uebergang in einen folgenden Quantenzu-

stand statt. Die Speicherzelle schaltet unter Einfangen zweier Flussquanten in den übernächsten, d.h. in den Zwei-Wirbelmodus um. Diese Flussänderung kann durch Induktion eines Spannungsimpulses ein Ausgangssignal erzeugen, das durch eine geeignete Leseschaltung auswertbar ist. Nach Aufhören der Selektions ströme bzw. der Stromimpulse kehrt die unterdämpfte Speicherzelle automatisch in den ursprünglichen Zustand des Null-Wirbelmodus zurück. Auch in diesem Falle bleibt daher der gespeicherte Binärwert, hier die Null, erhalten.

Die Selektions ströme für das zerstörungsfreie Auslesen der Information müssen in der beschriebenen Reihenfolge angelegt werden. Der Bitstrom Ig muss grosser als der Abszissenwert des Punktes X und kleiner als der des Punktes C sein. Der Wortstrom I_w muss eine -gestrichelte - Modengrenze kreu zen,aber kleiner als ein Kontaktstrom sein, der eine - ausgezogene - Modengrenze in der Steuerkennlinie zu überschreiten vermag. Der mögliche Arbeitsbereich der Selektions ströme ist in Fig. 3 schraffiert dargestellt.

Mit den bisher beschriebenen Speicherzellen kann bereits ein Festwertspeicher aufgebaut werden, da bei dem zerstörungsfreien Auslesen die gespeicherte Information erhalten bleibt. Um aber einen Speicher auch mit

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•öl·)·

Information laden zu können, ist noch eine Hilfe Steuerleitung vorgesehen, die einen HilfsSteuerstrom I_ß ^aux aufzubringen in der Lage ist. In Fig. 2 ist gezeigt, dass diese Leitung die Speicherzelle im Bereich der Josephsonkontakte kreuzt. Man kann daher mittels des Hilfssteuerstromes bzw. mittels dessen Magnetfeld den maximalen Josephsonstrom herabsetzen. Auf diese Weise wird die Steuerkennlinie der Speicherzelle so verändert, dass nun ein Einschreiben von Information mittels geeigneter Wort- und Bitströme möglich ist.

Fig. 4 gilt für den Fall, dass der maximale Josephsonstrom auf 80% des Wertes ohne äusseres Magnetfeld herabgesetzt wurde. Es gilt daher I_m = 0,8 · I_mo· Der die Eigenschaften der Speicherzelle stark beeinflussende Parameter λ erhält dadurch etwa den Wert Λ = 5. Die Stromwerte für den Kontaktstrom (Wortstrom) und den Steuerstrom (Bitstrom) sind in der dargestellten Steuerkennlinie (Ig/I_mo ⁱⁿ Abhängigkeit von Ic / Imo) auf den Josephsonstrom ohne Magnetfeld normiert. Die erzielte Veränderung der Eigenschaften der Speicherzelle bewirkt eine vorübergehende Erhöhung der Dämpfung in den überkritischen Bereich. Dadurch wird das Einschreiben von Information ermöglicht, weil dank des nun veränderten Schaltverhaltens der Zelle jetzt in unmittelbar benachbarte Wirbelmoden umgeschaltet werden kann.

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Es sind nur die interessierenden Aeste der benachbarten Wirbelmoden Null und Eins dargestellt. Der durch den Ruhestrom I„_ / I definierte

ou UlO

Arbeitspunkt liegt im Ueberlappungsbereich beider Moden zwischen den Basispunkten E und F. Zum Einschreiben einer "1" wird zunächst ein Bitstrom Ig mit einem Wert grosser als die Abszisse des Punktes X und kleiner als die des Punktes F angelegt. Der unmittelbar folgende Wortstrom impuls überschreitet den gestrichelten Teil der Grenze des Bereiches des Null-Modus, und bleibt mit seinem Wert unterhalb der ausgezogenen Grenze ei Eins-Modus.Zum Einschreiben einer "0"· braucht in diesem Beispiel kein Bitstromimpuls angelegt werden. Der Wortstromimpuls, z.B. mit gleicher Amplitude wie oben,überschreitet nun die gestrichelte Grenze des Bereiches des Eins-Modus. In beiden Fällen nimmt die Speicherzelle den der eingeschriebenen Information entsprechenden Modus ein und bleibt auch in diesem Zustand, wenn nach dem Abklingen der Wortströme und Bitströme der HilfsSteuerstrom Iß^aux abgeschaltet wird und so die Speicherzelle ihre für das zerstörungsfreie Auslesen notwendigen Dämpfungseigenschaften zurückerhält.

Ein Beispiel einer Speichereinrichtung ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Die in einer Matrix angeordneten Speicherzellen 10 sind in einer Koordinaten richtung mit Bit-Treibverstärkern und Decodiereinrichtungen

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verbunden, die allgemein mit der Bezugszahl 12 bezeichnet sind. Diese Schaltungen sind in der Lage, selektiv die notwendigen Steuerstromimpulse Ig über eine erste Bitleitung je Zeile und zusätzlich auch den für das Einschreiben erforderlichen HilfsSteuerstrom I_ß ^aux über eine zweite Bitleitung je Zeile zu liefern. In der anderen Koordinaten richtung sind Wort-Treib verstärker 14 zum Bereitstellen der Kontaktstromimpulse Iv/ mit den Spalten von Speicherzellen an einer Seite der Matrix verbunden. Die anderen Enden der Wortleitungen führen zu Lese-Verstärkern 16. Einzelheiten dieser Schaltungen werden hier nicht weiter beschrieben. Einzig für die Leseverstärker werden unten Beispiele von Ausführungsformen gezeigt.

Die Speicherzellen vom Interferometertyp können in der anhand von Fig. 2 erläuterten Weise aufgebaut sein. Ein weiteres Beispiel ist in Fig. 6 dargestellt. Ein Josephsonkontakt besonderer Formgebung ist in integrierter Schaltungstechnik hergestellt. Die obere Elektrode deckt mit ihrer Metallisierung M3 zwei - schraffiert dargestellte - Bereiche der dünnen Oxidschicht, welche durch einen schmalen Bereich miteinander verbunden sind. Die induktiv gekoppelte Steuerleitung für den Bitstrom I_ß verläuft isoliert oberhalb des schmalen Bereiches mit relativ erhöhter Induktivität. Die Hilfssteuerleitung für den Hilf s Steuerstrom Ig aux kreuzt die beiden

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grösseren Teilbereiche, welche funktionsmässig als zwei über eine Induktivität miteinander verbundene Josephsonkontakte angesehen werden können. Diese Speicherzelle mit einem Josephsonkontakt besonderer Formgebung zeigt deshalb eine Steuerkennlinie vom Interferometertyp. Sie ist in gleicherweise in der Speichereinrichtung verwendbar wie oben anhand der Beispiele beschrieben.

Die Flussquantisierung besteht darin, dass die Speicherzelle einen magnetischen Fluss speichert, der praktisch gleich einem Vielfachen des

-J- _ 1 Γ

elementaren Flussquantums Q₁^ = 2-10 ° Vs ist. Dieser gespeicherte Fluss beträgt dann φ z. LIn₁ π H> ψ_ο . Es ist also für den Speicher der maximale Superstrom I_m und die Induktivität L der Speicherzelle wesentlich. Dieses massgebliche LI_m - Produkt geht auch in den oben erörterten charakteristischen Parameter λ, = 2.1F t-J^ /$_o der Speicherzelle ein.

Jeder Uebergang zwischen benachbarten Wirbelmoden zieht eine Aenderung des Energieinhaltes der Speicherzelle nach sich, wodurch das Auslesen der Information ermöglicht wird. Eine Flussänderung in der Grössenordnung eines Flussquants von 2-10"¹^ Vs erzielt eine Energiea'nderung in der

—18 Grössenordnung von etwa 10 Joules für Ströme in Milliamperebereich.

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Das Umschalten der Speicherzelle zwischen den Moden erfolgt extrem schnell und manifestiert sich als sehr kurzer Spannungsimpuls, der mit aus serordentlich empfindlichen Lese schaltungen erkennbar gemacht werden kann.

Zum Auslesen der Information einer selektierten Speicherzelle werden in der oben beschriebenen Weise der entsprechende Bitstrom I_R und der Wortstrom I_w so angelegt, dass der Punkt X in der Steuerkennlinie sicher umgangen wird. War die Speicherzelle im Eins-Modus, so wird trotz Ueberschreiten einer Modengrenze kein Flussquantum eingefangen. Folglich wird auch kein Spannungssignal erzeugt, was in diesem Falle als ausgelesene "1" interpretiert wird. Befand sich jedoch die Speicherzelle im Null-Modus, so findet während der Selektion ein Uebergang in den Zwei-Modus unten Einfangen zweier Flussquanten statt. Es wird ein Spannungsimpuls <SV erzeugt, so dass JiVdi ^. 2 $) , wobei \cl& die Impulsdauer und ψ$ das Flussquantum sind. Jeweils die Hälfte der Spannung d V läuft abwärts bzw. aufwärts entlang der mit der selektierten Speicherzelle verbundenen Wortleitung, an deren - in der Fig. 5 - unteren Ende Leseverstärker 16 angeordnet sind, welche das ausgelesene Signal als "0" erkennen.

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Ein erstes Beispiel geeigneter Leseschaltungen ist schematisch in Fig. 7 dargestellt. Eine Speicherzelle 10 wird von dem Wortstrom I_w durchflossen. Die Wortleitung ist nach unten über eine erste Induktivität 18 als.Tiefpass mit Erde verbunden. Zweckmässig ist die Wortleitung so ausgebildet, dass ihr Wellenwiderstand Z₀ jeweils aufrechterhalten ist. An das obere Ende der ersten Induktivität 18 ist ein Widerstand 20 angeschlossen, der an einen ersten, normalerweise supraleitenden Josephsonkontakt 22 führt. Parallel zu diesem ersten Josephsonkontakt 22 liegt als Tiefpass eine zweite Induktivität 24. Der erste Kontakt 22 ist direkt an Erde geführt. Die zweite Induktivität 24 geht über eine Steuerleitung eines zweiten Josephsonkontaktes 26 ebenfalls an Erde.

Die Induktivitäten 18 und 24 sind für langsame Signale wie die Wortströme I_w durchlässig, sie sperren jedoch die beim Auslesen gespeicherter Information erzeugten Impulse. Diese Impulse laufen daher über den Widerstand 20 und addieren sich zu dem von einer - nicht dargestellten Quelle gelieferten Arbeits strom Ij₃₀ für den ersten Josephsonkontakt 22.

Der Arbeitsstrom I, ist so bemessen, dass der Kontakt 22 normalerweise in seinem supraleitenden Zustand bleibt. Erst wenn sich die Lesestromspitze zum Arbeits strom Ij₃₀ addiert, wird der maximale Josephsonstrom

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des zweiten Kontaktes 26 überschritten, so dass der Kontakt sehr kurzzeitig in den normalleitenden Zustand umgeschaltet wird. Dadurch wird ein beachtlicher Teil des Arbeitsstromes L in die zweite Induktivität 24 transferiert und durchfliesst dementsprechend die Steuerleitung des zweiten Josephsonkontaktes 26.

Dieser Abtast-Kontakt 26 wird über eine Leitung mit einem Arbeitsstrom I_so versorgt, der den Kontakt 26 normalerweise in seinem supraleitenden Zustand hält. Mit dem Anwachsen des Stromes in der Steuerleitung wird der Kontakt 26 in seinen normalleitenden Zustand umgeschaltet. Die Ausgangsinformation kann dann in konventioneller Weise vom Abtast-Kontakt 26 abgenommen werden. Eine zusätzliche Steuerleitung für den Strom I_cs gestattet die optimale Einstellung des Arbeitspunktes dieses Abtast-Kontaktes auf grösste Empfindlichkeit.

Ein zweites Ausführungsbeispiel einer geeigneten Leseschaltung ist schematisch in Fig. 8 dargestellt. Die von der selektierten Speicherzelle 10 her kommende Wortleitung führt über die als Tiefpass dienende Induktivität 28 an Erde. Der gegen Erde isolierte Leseimpuls läuft über einen Widerstand 30 und eine Steuerleitung eines ersten Josephsonkontaktes 32 zu einem zweiten Josephsonkontakt 34. Eine Arbeitsstromquelle 36 hält

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den zweiten Kontakt 34 normalerweise in seinem spannungsbehafteten Zustand. Der Widerstand 30 und die Vorspannung der Quelle 36 sind so gewählt, dass der Arbeitspunkt des zweiten Kontaktes 34 nahe beijenem Punkt liegt, an dem der Kontakt spontan zurückstellt., d.h. der Spannungsabfall an diesem Josephsonkontakt 34 wird nahe seiner Spannung V . gehalten, bei welcher Spannung der Kontakt in den supraleitenden Zustand zurückkehrt .

Die beim Auslesen erzeugte Spannungsspitze subtrahiert sich von der genannten Vorspannung, so dass die am Josephsonkontakt anliegende Spannung momentan kleiner als seine Rückstellspannung V , wird, worauf der Kontakt in den supraleitenden Zustand zurückschaltet. Dadurch steigt der Strom in der Steuerleitung des ersten Josephsonkontaktes 32 erheblich an. Dieser Stromanstieg wird benutzt, um den normalerweise supraleitenden Atta st -Kontakt 32 in den normalleitenden Zustand umzuschalten, um das Ausgangssignal zu liefern. Auch hier ist eine zusätzliche Steuerleitung vorgesehen, um den Arbeitspunkt für grösste Empfindlichkeit einstellen zu können.

Aber auch supraleitende Speicherzellen, welche aus einem Josephsonkontakt mit einer Induktivität im Nebenschluss bestehen, können er-

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findungsgemäss aufgebaut sein, d.h. sie sind so konstruiert, dass die ihr Schaltverhalten bestimmende Dämpfung schwach unterkritisch ist. Ein Schaltschema einer solchenSpeicherzelle ist in Fig. 9 dargestellt . Fig. 10 zeigt eine mögliche Ausführungsform in integrierter Schaltungstechnik. Die Betriebsweise ist sinngemäss die gleiche wie bei den anderen beschriebenen Ausführungsbeispielen von Speicherzellen vom Interf erometertyp.

Eine Leitung in einer ersten Koordinatenrichtung enthält den Josephsonkontakt. In einer Speichermatrixanordnung ist der Kontaktstrom z.B. gleich dem Wortstrom I_w. Parallel zum Josephsonkontakt ist eine induktive Leiterschleife L geschaltet. In der zweiten Koordinatenrichtung werden als Steuersignale Bitstromimpulse I_ß zugeführt, welche induktiv in die Speicherzelle eingekoppelt werden, Der maximale Josephsonstrom I_m kann durch einen Hilfssteuerstrom I_D ^aux herabgesetzt werden,der durch eine entsprechende Steuerleitung in der Bit-Koordinatenrichtung so zugeführt wird, dass sein verkoppeltes Magnetfeld den Josephsonkontakt beeinflusst.

Auf der - nicht dargestellten - supraleitenden Grundschicht ist eine erste Metallisierung M2 aufgebracht, welche die untere Elektrode für

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den Josephsonkontakt 38 und einen Teil der induktiven Leiterschleife bildet. Im schraffierten Bereich befindet sich eine dünne Oxidhaut. Eine zweite Metallisierung M3 formt die obere Elektrode des Kontaktes 38 und den übrigen Teil der Leiterschleife, die an einer geeigneten Stelle, beipielsweisebei 40, mit der ersten Metallisierung M2 elektrisch verbunden ist. Isoliert darüber verlaufen die Leitungszüge für den Bitstrom Ig , welche Leitung oberhalb der Induktivität verläuft, und für den Hilfssteuerstrom Ig , dessen Leitung über den Josephsonkontakt 38 geführt ist.

Zur Veranschaulichung des Betriebsverhaltens dieses Typs von Speicherzellen ist in Fig. 11 schematisch ein Diagramm dargestellt, das den auf den maximalen Josephsonstrom ohne Magnetfeld normierten Kontaktstrom I- / I_mo in der Speicherzelle nach den Fign. 9 und 10 in Abhängigkeit von der Phasendifferenz der quantenmechanischen Wellenfunktionen Ψ = ZT § j Φ_ο zeigt.

Um ohne Ruheströme nur zwei stabile Arbeitspunkte ( P, Q ) zu erhalten, muss der charkteristische Parameter X₀= ²T LIt_n / $_o zwischen bestimmten Grenzwerten liegen: 37?/2 < A₀ <" 7Jf /2. . Der Wert A_ökann höher gewählt werden, wenn Moden höherer Ordnung zulässig sind, so dass mehr als ein Flussquantum bei den Speicheroperationen beteiligt sind.

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Die Darstellung der Fig. 11 ist die graphische Lösung der Gleichung (5) für die Stromverteilung des normierten Wortstromes auf den Zweig der Speicherzelle, welcher den Josephsonkontakt enthält, und den Zweig, welcher die Induktivität L verkörpert.

~ Ij + Z^ (4)

Die Steigung der Geraden I^ in der Figur entspricht λ_ρ- *" ⁷^/Z-Der Arbeitspunkt P entspricht dem Null-Zustand der Speicherzelle, bei welchen kein Flussquantum in der Induktivität eingefangen ist. Der Arbeitspunkt Q entspricht dem Eins-Zustand mit einem eingefangenen Flussquantum.

Auch bei dieser Speicherzelle erfolgt das Einschreiben von Information durch geeignete Kombination von Wort- und Bit strömen, wobei zum Schreiben einer "1" der maximale Superstrom des Josephsonkontaktes durch einen Hilfssteuerstrom Iß^aUX herabgesetzt wird.

Das Auslesen der Information erfolgt zerstörungsfrei in gleicherweise, wie oben für Interferometerzßllen beschrieben. Da die Speicherzelle erfindungsgemäss unterkritisch gedämpft ist, bewirkt die Selektion

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durch die Kombination von geeigneten Wort- und Bitströmen bei Zellen im Null-Zustand, dass ein reversibler Uebergang vom Null-Zustand in den Zwei-Zustand unter Einfangen zweier Flussquanten erfolgt, und wobei der übergangene Eins-Zustand "unsichtbar" bleibt.

In der Fig. 11 ist das Auslesen einer "0" so veranschaulicht, dass der Arbeitspunkt von P aus mit steigendem Strom der Kurve folgt, dann aber infolge des Ueberschwingens den Eins-Zustand - strichpunktiert - umgeht und in den Zwei-Zustand auf einen Punkt, der dem maximalen Strom im Null-Zustand entspricht, übergeht. Nach Abschalten der Selektionsströme erfolgt die automatische Rückstellung in den Arbeitspunkt P im Null-Zustand ebenfalls - strichpunktiert - unter Umgehung des Eins-Zustandes. Das Auslesen einer "1" erfolgt ohne Uebergang in einen anderen Quantenzustand. Man kann sich das in dem Diagramm so veranschaulichen, dass die Selektionsströme nicht vermögen, den Arbeitspunkt von Q aus über das höhere zweite Maximum der Kurve zu bringen. Da jetzt kein Flussquantum eingefangen wird, fehlt eine Flussänderung, die durch ihr induziertes Spannungssignal abgefühlt werden könnte. Die Le se schaltungen müssen daher so konzipiert sein, dass sie das Fehlen eines Lesesignales nach Applikation der Selektions ströme als gelesenen Binärwert "1" interpretieren.

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Aehnliche Betrachtungen gelten für den Fall, dass höhere Werte von λ_ο zulässig sind. Es ist beispielsweise möglich, dass die den Binärwerten Null und Eins zugeordneten Speicherzustände sich um mehr als ein eingefangenes Flussquantum unterscheiden. Auch in diesem Falle ist ein zerstörungsfreies Auslesen der Information aus der erfindungsgemäss unterkritisch gedämpften Speicherzelle möglich. Dabei wird in einen auf den benutzten Zustand folgenden Zustand umgeschaltet, was unter Einfangen von mehr als zwei Flussquanten erfolgt. Auch dieser Vorgang ist dank der unterkritischen Dämpfung der Zelle völlig reversibel. Das gilt nicht nur für Speicherzellen mit einer Induktivität im Nebenschluss eines Josephson-Kontaktes, sondern auch für die zuerst beschriebenen Speicherzellen vom Interferometertyp. Weiterhin ist es nicht erforderlich, dass eines der Selektionssignale nur induktiv in die Speicherzelle eingekoppelt wird. Es können selbstverständlich auch für die Selektion der Speicherzelle Ströme verwendet werden, welche durch ihr Magnetfeld den maximalen Josephsonstrom eines oder mehrerer Kontakte steuern. Auch kann beispielsweise ein nur für das Einschreiben von Information in die Speicherzelle verwendeter Josephson-Kontakt vorhanden sein. Wesentlich für die Erfindung ist das Prinzip der unterkritischen Dämpfung der Speicherzelle, die das Betriebsverfahren zum zerstörungsfreien Auslesen der Information ermöglicht.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Supraleitende Speicher, dessen Speicherzellen aus mindestens einen Josephson-Kontakt bestehen, der die Quantisierung des magnetischen Flusses für die Speicherung von Daten ausnutzt und Adressierungs- sowie Schreib/Leseschaltungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzelle in Form mindestens eines Josephson-Kontakts unterkritisch gedämpft ist.

   2. Supraleitender Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Speicherzelle, deren Ersatzschaltbild zwei durch eine Induktivität verbundene

   2 Josephson-Kontakte aufweist, die Dämpfung y = L/2CR kleiner als Eins ist, wobei L die äquivalente Induktivität der Speicherzelle, C die äquivalente Kapazität eines der Josephson-Kontakte und R die äquivalenten ohmschen Verluste der Speicherzelle sind.

   3. Supraleitender Speicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung einer Speicherzelle y = (ω^ω^) ²/4Q² kleiner als Eins ist, wobei ω_χ

   die Resonanzfrequenz, ω die Josephson-Frequenz des Wechselstrom-Josephson-Effekts und Q=R/ü)L die Güte des Resonators ist.

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   4. Supraleitender Speicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahlenwert der Güte Q des Resonators grosser als 0,12 ist.

   5. Supraleitender Speicher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen vom Interferometertyp sind, deren Ersatzschaltbild eine induktivitätsbehaftete supraleitende Schleife mit mindestens zwei Josephson-Kontakten enthält.

   6. Supraleitender Speicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Speicherzelle, die in einer Matrix angeordnet ist, für die Selektion in einer ersten Koordinatenrichtung mit Zuleitung zum galvanischen Einkoppeln eines Selektionsstroms als Josephson-Kontaktstrom ausgerüstet ist und dass als Selektionsstrom einer zweiten Koordianteneinrichtung ein Steuerstrom induktiv in die Speicherzelle eingekoppelt wird.

   7. Supraleitender Speicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der Koordinatenrichtungen eine Steuerleitung angeordnet ist, die einen Steuerstrom in der Grössenordnung des maximalen Josephson-Stroms führt.

   8. Supraleitender Speicher nach den Patentansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speicherzelle aus einem supraleitenden Ring mit zwei Josephson-Kontakten besteht,

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   dass in einer ersten Koordinateneinrichtung zwei Zuleitungen so an den supraleitenden Ring galvanisch angeschlossen sind, dass jede Hälfte des Ringes einen
   Josephson-Kontakt bi-det, dass in einer zweiten Koordinatenrichtung eine erste Steuerleitung zum induktiven Einfcoppeln eines Steuerstroms (I) vorgesehen ist, und dass eine den Bereich der Josephson-Kontakte kreuzende zweite I Steuerleitung angeordnet ist, die einen HiIfsSteuerstrom (I„^aux) führt.

   is

   Supraleitender Speicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speicherzelle einen Josephson-Kontakt mit zwei durch eine induktive Brücke verbundenen Kontäktbereichen aufweist, dass in einer ersten Koordinatenrichtung zwei Zuleitungen zu den Elektroden des
   Josephson-Kontaktes angeordnet sind, dass in einer zweiten Koordinateneinrichtung oberhalb der genannten induktiven Brücke eine erste Steuerleitung zum induktiven Einkoppeln eines Steuerstroms (I₀) angeordnet ist, und dass eine die beiden Kontaktbereiche kreuzende zweite Steuerleitung angeordnet ist, die einen Hilfsstrom (I )
   führt.

   10. Supraleitender Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speicherzelle aus nur einem Josephson— Kontakt mit einer Induktivität im Nebenschluß besteht.

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   11. Supraleitender Speicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzelle aus einem induktivitätsbehafteten, supraleitenden Ring mit einem Josephson-Kontakt besteht, dass in einer ersten Koordinateneinrichtung zwei Zuleitungen zu den Elektroden des Josephson-Kontakts angeordnet sind, dass in einer zweiten Koordinatenein- j

   richtung eine erste Steuerleitung zum induktiven Einkoppeln eines Steuerstroms (I_.) in den genannten Ring angeordnet ist, und dass eine zweite Steuerleitung oberhalb des Josephson-Kontakts angeordet ist, die den Hilfssteuerstrom führt.

   jl2. Verfahren zum Betreiben des supraleitenden Speichers

   nach den Patentansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeich-

   j net, dass zum Speichern von Binärwerten stabile Zustände der Speicherzellen ausgenutzt werden, die sich in der An- ; zahl der möglichen eingefangenen Flussquanten um mindestens ein Flussquant unterscheiden, dass zum zerstörungsfreinen Auslesen der gespeicherten Information für das Ansteuern der Speicherzellen Ströme und Impulsfolgen benützt werden, die die selektierte Speicherzelle durch unterkritische Dämpfung vorübergehend in einen auf den benutzten Zustand folgenden Zustand umschalten, was im Falle des einen eingespeicherten Binärwertes unter Einfangen mindestens zweier Flussquanten erfolgt, welche Flussänderung durch eine induzierten Spannungsimpuls erkennbar ist, und was im Falle des anderen gespeicherten

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   Binärwertes ohne Einfangen eines Flussgants erfolgt und somit durch das Fehlen eines induzierten Spannungsimpulses feststellbar ist.

   j 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass

   ; zum zerstörungsfreien Auslesen eines ersten Binärwertes j durch Erkennen eines höheren Quantenzustands einer Speij

   cherzeile ein erster Selektionsstrom angelegt wird, dessen Wert gemäss der Abszisse in der zugehörigen Steuerkennlinie (Fig. 3) grosser als die Abszisse des Endpunktes (X) einer Modengrenze ist, bei deren überschreiten ein übergang der Speicherzelle in den spannungsbehafteten Zustand erfolgen würde, und dass der Wert kleiner als die Abszisse des Endpunktes (C) der Grenze benachbarter, aber gleichzeitig existenzfähiger Moden ist, und dass nachfolgend ein zweiter Selektionsstrom angelegt wird, dessen Wert die Ordinate der genannten Grenze benachbarter Moden überschreitet, jedoch unter einem Wert bleibt, der eine Modengrenze überschreiten würde, die in den spannungsbehafteten Zustand führt, woraufhin kein weiteres Flussquant durch die Speicherzelle eingefangen wird, so dass das Fehlen eines induzierten Ausgangssignals als Antwort auf die Selektionsströme durch Leseschaltungen als ausgelesener erster Binärwert interpretiert wird.

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   14. Verfahren nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum zerstörungsfreien Auslesen eines zwei-

   . ten Binärwertes durch Erkennen eines niedrigen Quantenzustands der Speicherzelle ein erster Selektionsstrom angelegt, dessen Wert grosser als die Abszisse des Endpunktes (X) einer Modengrenze ist, bei deren überschreiten ein übergang der Speicherzelle in den spannungsbehafteten Eustand erfolgen würde, dass der Wert kleiner als die Abszisse des Endpunktes (C) der Grenze benachbarter, aber gleichzeitig existenzfähiger Moden ist, und dass nachfolgend ein zweiter Selektionsstrom angelegt wird, dessen Wert die Ordinate der genannten Grenze benachbarter Moden überschreitet, jedoch unter einen Wert bleibt, der eine Modengrenze überschreiten würde, die in dem spannungsbehafteten Zustand führt, worauffolgend zwei Flussquanten durch die Speicherzelle eingefangen werden, so dass als Änwort die Selektionsströme ein induziertes Ausgangssignal durch Leseschaltungen als ausgelesener zweiter Binärwert erkannt wird.

   15. Verfahren nach den Ansprüchen 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einschreiben von Informationen die Dämpfung der Speicherzelle vorübergehend vergrössert wird.

   16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass vorübergehend der maximale Josephson-Strom in der Speicherzelle durch Anliegen eines Hilfssteuerstroms herabgesetzt wird.

   SZ 9-74-003 < , - : « 39- .-

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