DE2555784B2 - Supraleitender speicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen supraleitenden Speicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In supraleitenden Schaltungen kann bekanntlich ein sogenanntes Josephson-Element Tunnelströme führen, die eine außerordentlich dünne Oxidschicht zwischen supraleitenden Elektroden oder ein Gebiet schwacher Kopplung zwischen Supraleitern zu durchdringen vermögen. Über einen Josephson-Kontakt fließt entweder ein reiner, 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 voneinander trennt. Die Größe 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 fließende Strom größer 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 inseDhson-Kontaktes in den supraleitenden Zustand

erreicht man durch Abschalten des Kontaktstromes oder durch Ausnutzen anderer Effekte wie beispielsweise des Wechselstrom-Josephson-Effektes.

Es sind supraleitende Speichereinrichtungen mit steuerbaren Josephson-Kontakten oder Josephson-Gattern bekannt, welche das Umschalten der Gatter /um Steuern von permanenten Ringströmen in supraleitenden Leiterschleifen ausnutzen. Die Umlaufrichtungen der umschaltbaren Ringströme verkörpern die zu speichernden Binärwene. Ein Beispiel dieser Art ist im US-Patent 36 26 391 bzw. seinem korrespondierenden Schweizer Patent 4 86 095 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 quantisiert 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 nu^· ein einziges oder gar kein Flußquant in die Ringzelle eingefungen ist, wurde durch D. E. McCumber vorgeschlagen.

Es wird auf seine Arbeit »Tunneling and Weak-Link Superconductor Phenomena Having Potential Device Applications« verwiesen, die auf den Seilen 2503 bis 2508 des Bandes 39, Nr. 6, des Journal of Applied Physics ■m Mai 1968 erschienen ist. Eine technische Beschreibung solcher Speicherzellen befindet sich in dem US-Patent 37 05 393 bzw. im IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 14, Nr. 4, September 1971, Seite 1345, In dieser Speichereinrichtung werden die Zellen bei Koinzidenz zweier Ströme umgeschaltet, welche /wei mit der Zelle magnetisch 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 wesentlich verbesserte Speichereinrichtung dieser Art ist im Schweizer Patent 5 39 919 beschrieben. Die zugrunde liegende Theorie ist dort ausführlich erläutert.

Die Quantisierung des magnetischen Flusses kann für die Speicherung von Daten aber nicht nur in Speicherzellen mit supraleitenden Leiterschleifen ausgenutzt werden. 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 C. S. O w e η und D. J. S c a 1 a ρ i η ο 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. Ein Josephson-Kontakt-Speicher, welcher 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. s

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

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ι ο 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, das ein sicheres Speichern und Auslesen von Informationen ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht in einem supraleitenden Speicher gemäß 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 Speicherzellen 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= UACR² für ein bestimmtes Ersatzschaltbild kleiner als Eins ist, & h. unterhalb des Wertes der kritischen Dämfpung liegt Kritische Dämpfung liegt dann vor, wenn eine Stoßerregung gerade aperiodisch ausklingt. Schwach unterkritische Dämpfung bewirkt ein gewisses Überschwingen, 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 4s Speicherzellen mit unterkritischer Dämpfung das zerstörungsfreie Auslesen der Information ermöglicht.

Die Erfindung wird mit Hilfe der Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert Die Figuren zeigen so

F i g. 1 das Ersatzschaltbild einer Speicherzelle vom Interferometertyp mit zwei Josephson-Kontakten, die durch eine Induktivität miteinander verbunden sind,

F i g. 2 eine Ausführungsform einer Speicherzelle nach F ig. 1,

Fig.3 einen Abschnitt der Steuerkennlinie einer Speicherzelle nach F i g. 1, der die Wirbelmoden mit den Quantenzahlen 0,1 und 2 umfaßt,

F i g. 4 einen Abschnitt aus der für das Einschreiben von Information durch einen zusätzlichen Kontroll- fto strom veränderten Steuerkennlinie einer Speicherzelle nach F i g. 2,

F i g. 5 das Schema einer Speichereinrichtung, die als Festwertspeicher oder als Speicher mit wahlfreiem Zugriff gebraucht werden kann, fts

g 'F ig. 5" vc-nv£iiöbä'fen Sp

mit einem Josephson-Kontakt besonderer Formgebung, F i g. 7 das Schaltschema einer ersten Art von Leseschaltung,

F i g. 8 das Schaltschema einer zweiten Art von Leseschaltung,

F i g. 9 das Schaltschema einer Speicherzelle mit einem Josephson-Kontakt und einer Induktivität im Nebenschluß, wobei der Kontrollstrom induktiv in die Schleife einkoppelbar ist,

F i g. 10 eine Ausführungsform der Speicherzelle nach F ig. 9,

F i g. 11 ein Diagramm, das den auf den maximalen Josephson-Strom normierten Kontaktstrom in der Speicherzelle nach den Fig.9 und 10 in Abhängigkeit von der auf das Flußquantum normierten Phasendifferenz der quantenmechanischen Wellenfunktionen zeigt.

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 Interferometerzellen 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 Josephson-Kontakten, die durch eine Induktivität L miteinander verbunden sind. Die Verluste in der Zelle werden durch einen Ersatzwiderstand R verkörpert. Jeder Josephson-Kontakt kann einen maximalen Josephsonstrom /_m führen. Der von einer geeigneten Quelle zugeführte Kontaktstrom l_g teilt sich auf die beiden Josephson-Kontakte auf. Ein Steuerstrom I_c kann induktiv in die Speicherzelle eingekoppelt werden.

Eine mögliche Ausführungsform einer Interferometerzelle ist in F i g. 2 dargestellt In integrierter Schaltungstechnik ist, isoliert auf einer — nicht dargestellten — supraleitenden Grundschicht, eine Metallisierung Ml 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_w in einer ersten Koordinatenrichtung ist In der zweiten Koordinatenrichtung kann eine induktiv gekoppelte Steuerleitung als Steuerstrom den Bitstrom Ib liefern. Aus weiter unten erläuterten Gründen verläuft gleichfalls in Bitrichtung eine parallele Hilfssteuerleitung für einen Hilfssteuerstrom /β³"*, 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 organisien sein, so daß beispielsweise der Kontaktstrom derr Bitstrom der Speicherzelle entspricht und der Kontroll strom des oder der Josephson-Kontakte dem Wort strom der Speicherzelle.

Der Eins-Modus entspricht dem Zustand dei SpeichesT^U^s^gliEhem ein einzelnes FluS^.vssS-VJjn >r έτ/ΈοιΙε eiiigefzhgenvsi,-während irs dtr? Hu'ff-fciei!^ kein solches Flußquantum eingefangen ist. Das Einfan

gen eines Flußquants kann in der Induktivität einer Leiterschleife erfolgen. Bei den Wirbelmoden eines langen Josephson-Kontaktes wird ein zirkulierender Superstrom in den Kontakt selbst induziert. Dieser Strom fließt dann entlang einer 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 Φο entsprechen. Wenn die Induktivität groß genug ist, ist es möglich, daß der Überlappungsbereich 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 lnterferometertyp besteht aus einer Anzahl von einander überlappenden Ästen, 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 IgIImQ in Abhängigkeit vom normierten Steuerstrom y Imo dargestellt. Beide Ströme sind auf den bei Abwesenheit eines Magnetfeldes maximal möglichen Josephsonstrom I_n, u normiert. Die Form der Steuerkcnnlinie wird im wesentlichen von einem dimensionslosen Parameter A bestimmt, den man als normierte Induktivität bezeichnen könnte. Es ist λ = 2π LL/Φο. Dabei bedeutet L die äquivalente Induktivität des Ersatzschaltkreises und /,„ den Josephsonstrom, d. h. das Produkt Ll_n, gibt den maximalen Fluß Φ in der Speicherzelle an.

<l\, = '^l = 2-Rr^1?Vscc
2 c

ist das elementare Flußquantum.

Die Kennlinie nach Fig.3 gilt für den Fall, daß der Strom L gleich dem maximal möglichen Strom bei Abwesenheit eines Magnetfeldes ist (L= Im») Dann wird λ — 2π. Weiter ist die Güte des Resonators mit Q= 0,4 angenommen. Die maximale Stromdichte der losephson-Kontakte betrage /_mi((= 10⁴ A/cm². Es sind nur die Äste der Kennlinie dargestellt, welche den ersten drei Quantenzuständen entsprechen. Die angeschriebenen Quantenzahlen 0, 1 und 2 bedeuten, daß im jeweiligen Modus keines, jins 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 Josephson-Kontakte nur im spannungsbehafteten Zustand existieren. Die einzelnen Moden überlappen einander teilweise. Die Grenzen der Überlappungsbereiche sind durch besondere Testschaltungen ermittelbar.

In den Überlappungsbereichen 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 Überlappungsbereiche sind teilweise ausgezogen und teilweise gestrichelt dargestellt. Genauere Untersuchungen haben nämlich erwiesen, daß das Schaltverhalten beim Überschreiten der Grenzen

T^ii-gten ^{se!n ka}-ⁿ-"-'^:"**"*^θ**^

bine geeignete Kombination von Konlakiströmen und Steuerströmen vermag, die Speicherzelle vor: einem Modus in einen anderen Modus zu schalten, wobei mindestens eine Grenze eines Überlappungsbereiches 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

ίο 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

is unterkritisch gedämpft ist, kann man dadurch ausdrükken, daß man verlangt, daß sein Dämpfungsfaktor y kleiner als Eins ist. Für eine Speicherzelle mit dem Ersatzschaltbild nach F i g. 1 gilt dann:

Dabei ist Cdie Kapazität eines Josephson-Kontaktes.

Der Dämpfungsfaktor der supraleitenden Speicherzelle kann auch mit Hilfe von anderen Parametern definiert werden, beispielsweise durch die Resonanzfrequenz ciJr, die Josephson-Frequenz ω,_π des Wechselsirom-Josephson-Effektes und die Güte Q=RZwL des Resonators. Der so definierte Dämpfungsfaktor lautet:

Y =

Um die erforderliche Güte Q des Resonators abschätzen zu können, wird von den obengenannten, vorausgesetzten Werten der Stromdichte //Im=IO⁴ A/cm² und des Parameters λ der normierten Induktivität bzw. des Flusses λ = 2π ausgegangen. Die Energielückenspannung für die verwendeten Materialien liegt bei V_i?=2,5mV. Die Josephson-Frequenz beträgt in diesem Falle

2
'■',„= τ ^VS<I\> = 6,25- 10'²SCC-¹ .

Das im Zähler der Gleichung (2) benötigte Frequenz verhältnis kann bestimmt werden aus:

= 61 -ΙΟ"⁴ |J_m„A.

Für die Abschätzung der Güte Qdes Resonators wire der Dämpfungsfaktor in Gleichung (2) gleich Ein« gesetzt, und die entsprechenden Werte für die Stromdichte und für den Parameter A der Josephson-Kontakte werden nach Gleichung (3) eingesetzt. Die Güte ergibt sich dann zu <?=0,122. Das bedeutet, daß füi eine Stromdichte von Zm_3x=IO⁴ A/cm² und maximaler Fluß (λ = 2π)ά\ε Resonatorgüte des Josephson-Kontaktes größer als 0,12 sein muß, damit die Speicherzelle unterkritisch gedämpft ist. Nur dann zeigt sie die erwünschten Eigenschaften, welche eine Anwendung ir einer Speichereinrichtung mit zerstörungsfreiem Auslesen ermöglichen.

Zum vorübergehenden Umschalten von beispielsweise dem Null-Modus in den Zwei-Modus müssen die ^r'■■■:"■ Ar.Meuern der rjp?:i;herrc»i ';■; und Reihenfoigc'u.Tgcwenoct werden. Die Grenze des Null-Modus darf nur mii

709 519/321

ίο

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 Überschreiten der Grenze oberhalb dieses Wertes geht nämlich eine unterkritisch gedämpfte Speicherzelle supraleitenden Null-Zustand nicht in den benachbarten supraleitenden Eins-Zustand, sondern gleich in den spannungsbehafteten Zustand über.) Der Schaltvorgang vom Null-Zustand zum Zwei-Zustand erfolgt unter Einfangen zweier Flußquanten. Diese Flußänderung kann als induzierter Spannungsimpuls mit geeigneten Leseschaltungen 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=QA. 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 Ig/l_mo aufgetragen ist. Die rechte, von Punkt 2 ausgehende Gerade trifft die Abszissenachse in einem Punkt C bei einem positiven Wert des normierten Steuerstromes K_cJI„,q. Die linke Grenze des Null-Zustandes verläuft symmetrisch im zweiten Quadranten. In Richtung positiver Steuerströme folgen weitere Kurvenäste, welche höheren Wirbelmoden zugeordnet sind. Die Grenzen des Eins-Zustandes treffen die Abszissenachse in den Punkten A und D. Die ünke Begrenzung des Zwei-Modus trifft im Punkt B die Steuerstromachse, Der Klarheit halber sind weitere Äste der Kennlinie nicht dargestellt. Der gezeigte Bereich ist ausreichend, um die Grundzüge zu erläutern.

In den Überlappungsbereichen 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 Cdas Teildreieck mit den Basispunkten B und C substrahiert. Bei fehlendem Kontaktstrom sei ein Ruhestrom I_{c 0}//_m ο 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 Überlappungsbereich der Null- und Eins-Moden groß genug, so daß er den Koordinatenursprung enthält, kann man einen stabilen Arbeitspunkt auch ohne einen besonderen Ruhestrom Ic o/Im 0 erreichen.

Die Speicherzelle sei zunächst im Eins-Zustand. Wird nun — in dieser Reihenfolge — zur Selektion der Zelle in der in F i g. 3 mit Pfeilen eingezeichneten Weise ein bestimmter Steuerstrom /<7/_mo als Bitstrom Ib und anschließend ein bestimmter Kontaktstrom Ig/I_mo als Wortstrom U zugeführt, dann bleibt die Speicherzelle irr·, .^r, Z^v|!ih ri

|^ch eine — f
uuci schritten wird. Während der
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 Ausgangssignai erzeugt, vvas entsprechend interpretierbar ist. Bedingung ist nur, daß keine solche Modengrenze der Steuerkennlinie gekreuzt wird, wobei infolge der unterkritischen Dämpfung der Speicherzelle ein Übergang 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.

Jetzt findet jedoch ein Übergang in einen folgenden Quantenzustand 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 Selektionsströme bzw. der Stromimpulse kehrt die unterkritisch gedämpfte Speicherzelle automatisch in den ursprünglichen Zustand des Null-Wirbelmodus zurück. Auch in diesem Falle bleibt daher der gespeicherte Binärwert, hier die Null, erhalten.

Die Selektionsströme für das zerstörungsfreie Auslesen der Information müssen in der beschriebenen Reihenfolge angelegt werden. Der Bitstrom Ib muß größer als der Abszissenwert des Punktes λ"und kleiner als der des Punktes C sein. Der Wortstrom /„ muß eine — gestrichelte — Modengrenze kreuzen, aber kleiner als ein Kontaktstrom sein, der eine — ausgezogene — Modengrenze in der Steuerkennlinie zu überschreiten vermag. Der mögliche Arbeitsbereich der Selektionsströme ist in F i g. 3 schraffiert dargestellt.

Mit den bisher beschriebenen Speicherzellen kann bereits ein Festwertspeicher aufgebaut werden, da be: dem zerstörungsfreien Auslesen die gespeicherte Information erhalten bleibt. Um aber einen Speichel auch mit Information laden zu können, ist noch eine Hilfssteuerleitung vorgesehen, die einen Hilfssteuerstrom lff^m aufzubringen in der Lage ist. In Fig.2 isi gezeigt, daß diese Leitung die Speicherzelle im Bereicr der Josephson-Kontakte kreuzt. Man kann dahei mittels des Hilfssteuerstromes bzw. mittels desser Magnetfeld den maximalen Josephson-Strom herabset zen. Auf diese Weise wird die Steuerkennlinie dei Speicherzelle so verändert, daß nun ein Einschreiber von Information mittels geeigneter Wort- und Bitströme möglich ist.

F i g. 4 gilt für den Fall, daß der maximale Josephson-Strom auf 80% des Wertes ohne äußeres Magnetfek herabgesetzt wurde. Es gilt daher /_m = 0,8 · /_m0. Der die Eigenschaften der Speicherzelle stark beeinflussende Parameter Λ erhält dadurch etwa den Wert Λ = 5. Die Stromwerte für den Kontaktstrom (Wortstrom) und der Steuerstrom (Bitstrom) sind in der dargestellter Steuerkennlinie (UI„_om Abhängigkeit von I₁J I_n, _Q) au! ■_:*4-s. josephsonsirom ..·;.;ν -jirz.lZut-itF^ujisv.ieri.'Bh erzielte Veränderung der Eigenschaften der Speicher zelle bewirkt eine vorübergehende Erhöhung dei

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.

Es sind nur die interessierenden Äste der benachbarten Wirbelmoden Null und Eins dargestellt. Der durch den Ruhestrom /<«//mo definierte Arbeitspunkt liegt im Überlappungsbereich beider Moden zwischen den Dasispunkten Eund F. Zum Einschreiben einer »1« wird zunächst ein Bitstrom /emit einem Wert größer als die Abszisse des Punktes -Yund kleiner als die des Punktes F angelegt. Der unmittelbar folgende Wortstromimpuls überschreitet den gestrichelten Teil der Grenze des Bereiches des Null-Modus, und bleibt mit seinem Wert unterhalb der ausgezogenen Grenze des Eins-Modus. Zum Einschreiben einer »0« braucht in diesem Beispiel kein Bitstromimpuls angelegt zu 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 Ie"" 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 Koordinatenrichtung mit Bit-Treibverstärkern und Decodiereinrichtungen verbunden, die allgemein mit der Bezugszahl 12 bezeichnet sind. Diese Schaltungen sind in der Lage, selektiv die notwendigen Steuerstromimpulse Ib über eine erste Bitleitung je Zeile und zusätzlich auch den für das Einschreiben erforderlichen Hilfssteuerstrom Ig*^ux über eine zweite Bitleitung je Zeile zu liefern. In der anderen Koordinatenrichtung sind Wort-Treibverstärker 14 zum Bereitstellen der Kontaktstromimpulse /„ 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 Josephson-Kontakt besonderer Formgebung ist in integrierter Schaltungstechnik hergestellt. Die obere Elektrode deckt mit ihrer Metallisierung Λ/3 zwei — schraffiert dargestellte — Bereiche der dünnen Oxidschicht, welche durch einen schmalen Bereich miteinander verbunden sind. Die induktiv gekoppelte Steuerleitung für den Bitstrom I_B verläuft isoliert oberhalb des schmalen Bereiches mit relativ erhöhter Induktivität. Die Hilfssteuerleitung für den Hilfssteuerstrom Ib³" kreuzt die beiden größeren Teilbereiche, welche funktionsmäßig als zwei über eine Induktivität miteinander verbundene Josephson-Kontakte angesehen werden können. Diese Speicherzelle mit einem Josephson-Kontakt besonderer Formgebung zeigt deshalb eine Steuerkennlinie vom Interferometertyp. Sie ist in gleicher Weis-- 'ίΐ^" .f^jf^w^rc^ung verwendbar . wie obers av&r&h-^t-c üeispieie beschrieben.

Die Flußquantisierung besteht darin, daß die Speicherzelle einen magnetischen Fluß speichert, der praktisch gleich einem Vielfachen des elementarer Flußquantums

Φ,, = 2-10 ¹⁵ l'.s

*■ ist. Dieser gespeicherte Fluß beträgt dann
Φ = Ll₁₁₁ ^ N ■ </>„ .

Es ist also für den Speicher der maximale Superstrom /„ ι und die Induktivität L der Speicherzelle wesentlich Dieses maßgebliche L/_m-Produkt geht auch in den obenerörterten charakteristischen Parameter

5
der Speicherzelle ein.

Jeder Übergang zwischen benachbarten Wirbelmoden zieht eine Änderung des Energieinhaltes der Speicherzelle nach sich, wodurch das Auslesen der Information ermöglicht wird. Eine Flußänderung in der Größenordnung eines Flußquants von 2 · 10-'⁵ VS erzielt eine Energieänderung in der Größenordnung von etwa 10-^l8 Joules für Ströme im Milliamperebereich.

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

Zum Auslesen der Information einer selektierten Speicherzelle werden in der oben beschriebenen Weife der entsprechende Bitstrom /sund der Wortstrom /«,so angelegt, daß der Punkt X in der Steuerkennlinie sicher umgangen wird. War die Speicherzelle im Eins-Modus,

so wird trotz Überschreiten 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 Übergang in den Zwei-Modus unter Einfangen zweier Flußquanten statt. Es >vird ein Spannungsimpuls 6 !/erzeugt, so daß

wobei fdr die Impulsdauer und Φ_ο das Flußquantum sind. Jeweils die Hälfte der Spannung ό V läuft abwärts bzw. aufwärts entlang der mit der selektierten

so Speicherzelle verbundenen Wortleitung, an deren — in der F i g. 5 — unterem Ende Leseverstärker 16 angeordnet sind, welche das ausgelesene Signal als »0« erkennen.

Ein erstes Beispiel geeigneter Leseschaltungen ist

>s schematisch in F i g. 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 Josephson-Kontakt 22 führt. Parallel zu diesem ersten Josephson-Kontakt 22 liegt als Tiefpaß eine zweite

v>4"-<te<$^v'^{?;ii 24 Oer erste} Kof'akl 22 k-V-ÄW(gfe^tei^.-ic■"· gefuhr';.. Die zweite Indukiiviiäi- 24 geht über eine Steuerleitung eines zweiten Josephson-Kontaktes 26 ebenfalls an Erde.

Die Induktivitäten 18 und 24 sind für langsame Signale wie die Wortströme /_u durchlässig, sie sperren jedoch die beim Auslesen gespeicherter Information erzeugten Impulse. Diese Impulc» laufen daher über den Widerstand 20 und addieren sich zu dem von einer — nicht dargestellten — Quelle gelieferten Arbeitsstrom /(,o für den ersten Josephson-Kontakt 22.

Der Arbeitsstrom 4 ο ist so bemessen, daß der Kontakt 22 normalerweise in seinem supraleitenden Zustand bleibt. Erst wenn sich die Lesestromspitze zum A.rbehsstrom l_b η addiert, wird der maximale Josephson-Strom des zweiten Kontaktes 26 überschritten, so daß der Kontakt sehr kurzzeitig in den normalleitenden Zustand umgeschaltet wird. Dadurch wird ein beachtlicher Teil des Arbeitsstromes Ibo in die zweite Induktivität 24 transferiert und durchfließt dementsprechend die Steuerleitung des zweiten Josephson-Kontaktes26.

Dieser Abtast-Kontakt 26 wird über eine Leitung mit einem Arbeitsstrom /_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 /_lS 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 herkommende Wortleitung führt über die als Tiefpaß dienende Induktivität 28 an Erde. Der gegen Erde isolierte Leseimp'jls läuft über einen Widerstand 30 und eine Steuerleitung eines ersten Josephson-Kontaktes 32 zu einem zweiten Josephson-Kontakt 34. Eine Arbeitsstromquelle 36 hält 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 bei jenem Punkt liegt, an dem der Kontakt spontan zurückstellt, d. h. der Spannungsabfall an diesem Josephson-Kontakt 34 wird nahe seiner Spannung V_mm 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 Josephson-Kontakt anliegende Spannung momentan kleiner als seine Rückstellspannung V_mn wird, worauf der Kontakt in den supraleitenden Zustand zurückschaltet. Dadurch steigt der Strom in der Steuerleitung des ersten Josephson-Kontaktes 32 erheblich an. Dieser Stromanstieg wird benutzt, um den normalerweise supraleitenden Abtasi-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 Josephson-Kontakt mit einer Induktivität im Nebenschluß bestehen, können so aufgebaut sein, daß die ihr Schaltverhalten bestimmende Dämpfung schwach unterkritisch ist. Ein Schaltschema einer solchen Speicherzelle 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 Interferomeiertyp.

Eine Leitung in einer ersten Koordinatennchtung enthält den Josephson-Kontakt. In einer .Speichermatrixanordnung ist der Kontaktstrom z. B. gleich dem Wortstrom L- Parallel zum Josephson-Kontakt ist eine induktive Leiterschleife L geschaltet. In der zweiten Koordinatenrichtung werden als Steuersignale Bitstromimpulse In zugeführt, welche induktiv in die Speicherzelle eingekoppelt werden. Der maximale josephson-Strom I_n, kann durch einen Hilfssteuerstrom Iir^ux herabgesetzt werden, der durch eine entsprechende Steuerleitung in der Bit-Koordinatenrichtung so zugeführt wird, daß sein verkoppeltes Magnetfeld den Josephson-Kontakt beeinflußt.

Auf der — nicht dargestellten — supraleitenden Grundschicht ist eine erste Metallisierung M2 aufgebracht, welche die untere Elektrode für den Josephson-Kontakt 38 und einen Teil der induktiven Leiterschleife bildet. Im schraffierten Bereich befindet sich eine dünne Oxidhaut. Eine zweite Metallisierung M 3 formt die obere Elektrode d-is Kontaktes 38 und den übrigen Teil der Leiterschleife, die an einer geeigneten Stelle, beispielsweise bei 40. mit der ersten Metallisierung Ml elektrisch vei junden ist. Isoliert darüber verlaufen die Leitungszüge für den Bitstrom Z₈, welche Leitung oberhalb der Induktivität verläuft, und für den Hilfssteuerstrom V"\ dessen Leitung über den Josephson-Kontakt 38 geführt ist.

Zur Veranschaulichung des Betriebsverhaltens dieses Typs von Speicherzellen ist in Fig. 11 schematisch ein Diagramm dargestellt, das den auf den maximalen Josephson-Strom ohne Magnetfeld normierten Kontaktstrom IgIImo in der Speicherzelle nach den Fig.9 und 10 in Abhängigkeit von der Phasendifferenz der quantenmechanischen Wellenfunktionen φ = 2πΦ/Φ₀ zeigt.

Um ohne Ruheströme nur zwei stabile Arbeitspunkte (PQ)zu erhalten, muß der charakteristische Parameter

zwischen bestimmten Grenzwerten liegen:

3.7/2 < /,, < 7.-7/2.

Der Wert A₀ kann höher gewählt werden, wenn Moden höherer Ordnung zulässig sind, so daß mehr als ein Flußquantum bei den Speicheroperationen beteiligt sind.

Die Darstellung der F i g. 11 ist die graphische Lösung der Gleichung (4) für die Stromverteilung des normierten Wortstromes auf den Zweig der Speicherzelle, welcher den Josephson-Kontakt enthält, und der Zweig, welcher die Induktivität L verkörpert.

Lu = UJL,o)s\r\ 7 +

Die Steigung der Geraden Il in der Figur entsprich A₀ = 5 η 12. Der Arbeitspunkt P entspricht dem NuIl-Zu

fio stand der Speicherzelle, bei welchem kein Flußquanturr in der Induktivität eingefangen ist. Der Arbeitspunkt ζ entspricht dem Eins-Zustand mit einem eingefangenei Flußquantum.

Auch bei dieser Speicherzelle erfolgt das Einschrei

fts ben von Information durch geeignete Kombination voi Wort- und Bitströmen, wobei zum Schreiben einer »1< der maximale Superstrom des Josephson-Kontakte durch einen Hilfssteuerstrom /«■"" herabgesetzt wird.

ίό

Das \uslesen der Information erlolg: . _ -. ,. i.ii^.nχ·; in gleicher Weise, wie oben fur Inte:., -n..svr/jiier beschneben. Da die Speicherzelle m ^:-*r,iisv!-. gedämpft ist, bewirk! die Selektion durch die kombination von geeigneten Wort- und Bitströmen bei Zellen mi Null-Zustand. daß ein reversibler Übergang vom Null-Zustand in den Zwei-Zustand unter Em,.: igen zweier Flußquanten erfolgt, und wobei der übergangene Eins-Zustand »unsichtbar« bleibt.

In der F i g. 11 ist das Auslesen einer »0« so veranschaulicht, daß der Arbeitspunkt \on P aus mit steigendem Strom der Kurve folgt, dann aber infolpe des Überschwingens den Eins-Zustand — stncnnunktiert — 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 Pirn Null-Zustand ebenfalls — strichpunk tiert — unter Umgehung des Eins-Zustandes. Das Auslesen einer »1« erfolgt ohne Übergang 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 Leseschaltungen müssen daher so konzipiert sein, daß sie das Fehlen eines Lesesignals nach Applikation der Selektionsströme .ils, gelesenen timai v,en »1 >■ interpretieren.

Ähnliche Betrachtungen gelten für der. YaW, daü höhere Werte \υη λ» zulässig sind. Es ist beispielsweise i'.ioglich, daß die den Binärwerten Nm! und Eins zugeordneten .Speicherzustände sun um mehr als ein eingciangenes Nußquantuin unterscheiden. Auch in diesem Falle isi ein zerstörungsfreies Auslesen der information aus der 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 fur 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 josephson-Strom 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 Speicherzeile, die das Betriebsverfahren zum zerstörungsfreien Auslesen der Information ermöglicht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

25 55 784 Patentansprüche:

1. Supraleitender Speicher, dessen Speicherzellen aus mindestens einem Josephson-Kontakt bestehen, der die Quantisierung des magnetischer 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 Josephson-Kontakte aufweist, die Dämpfung y=L/2CR² kleiner als Eins ist, wobei L die äquivalente Induktivität der Speicherzelle, Cdie 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 =

<■,J 4Q²

kleiner als Eins ist, wobei ω,-die Resonanzfrequenz. ω,,, die Josephson-Frequenz des Wechselstrom-Josephson-Effekts und Q=RZwL die Güte des Resonators ist.

4. Supraleitender Speicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahlenwert der Güte Qdcs Resonators größer 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 Koordinateneinrichtung 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, daß in einer ersten Koordinateneinrichtung zwei Zuleitungen so an den supraleitenden Ring galvanisch angeschlossen sind, daß jede Hälfte des Ringes einen Josephson-Kontakt bildet, daß in einer zweiten Koordinatenrichtung eine erste Steuerleitung zum induktiven Einkoppeln eines Steuerstroms (I_B) vorgesehen ist, und daß eine den Bereich der losephson-Kontakte kreuzende zweite Steuerleitung angeordnet ist, die einen Hilfssteuerstrom Ία""¹) führt.

9. Supraleitender Speicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speicherzelle

35

40

45

50

60 einen Josephson-Kontakt mit zwei durch eine induktive Brücke verbundenen Kontaktbereichen aufweist, daß in einer ersten Koordinatenrichiung zwei Zuleitungen zu den Elektroden des Josephson-Kontaktes angeordnet sind, daß in einer zweiten Koordinateneinrichtiing oberhalb der genannter, induktiven Brücke eine erste Steuerleitung zum induktiven Einkoppeln eines Steuerstroms (I _u) angeordnet ist, und daß eine die beiden Kontaktbereiche kreuzende zweite Steuerleitung angeordnei ist, die einen Hilfsstrom ^r¹" V führt.

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

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 Koordhiateneinrichtung zwei Zuleitungen zu den Elektroden des Josephson-Kontakts angeordnet sind, daß in einer zweiten Koordinateneinrichtung eine erste Steuerleitung zum induktiven Einkoppeln eines Steuerstroms (Ib) in den genannten Ring angeordnet ist, und daß eine zweite Steuerleitung oberhalb des Josephson-Kontakts angeordnet ist, die den Hilfssteuerstrom führt.

12. Verfahren zum Betreiben des supraleitenden Speichers nach den Patentansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Speichern von Binärwerten stabile Zustände der Speicherzellen ausgenutzt werden, die sich in der Anzahl der möglichen eingefangenen Flußquanten um mindestens ein Flußquant unterscheiden, daß zum zerstörungsfreien 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 Zustan.l umschalten, was im Falle des einen eingespeicherten Binärwertes unter Einfangen mindestens zweier Flußquanten erfolgt, weiche Flußänderung durch einen induzierten Spannungsimpuls erkennbar ist, und was im Falle des anderen gespeicherten Binärwertes ohne Einfangen eines Flußquants erfolgt und somit durch das Fehlen eines induzierten Spannungsimpulses feststellbar ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum zerstörungsfreien Auslesen eines ersten Binärwertes durch Erkennen eines höheren Quantenzustands einer Speicherzelle ein erster Selektionsstrom angelegt wird, dessen Wert gemäß der Abszisse in der zugehörigen Steuerkennlinie (F i g. 3) größer 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.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum zerstörungsfreien Auslesen eines zweiten Binärwertes durch Erkennen eines niedrigen Quantenzustands der Speicherzelle ein erster Selektionsstrom angelegt wird, dessen Wert £ ößer als die Abszisse des Endpunktes (X) inner Modengrenze ist, bei deren Überschreiten ein Übergang der Speicherzelle in den spannungsbehafteten Zustand 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 einem Wert bleibt, der eine Modengrenze überschreiten würde, die in den spannungsbehafteten Zustand führt, worauffolgend zwei Flußquanten durch die Speicherzelle eingefangen werden, so daß als Antwort auf die Selektionssiröme 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 Anlegen eines 1 iilfssteuerstroms herabgesetzt wird.