Быстрый поиск

В прошлых публикациях мы рассмотрели основные принципы использования перехода материала в сверхпроводящее состояние (и обратно) при построении переключающего элемента для логических схем или контура с незатухающим током для запоминающих устройств. Однако при реализации этих принципов в конкретных устройствах возникают существенные затруднения.

 
материала в сверхпроводящее состояние
 
затруднения:  1) обычно криогенные переключатели и запоминающие элементы строятся на тонких пленках; 2) переход из сверхпроводящего состояния в нормальное осуществляется путем увеличения тока в цепи выше критического значения, а не под воздействием внешнего магнитного поля; 3) количество тепла, выделяемого при прохождении тока в материале, который перешел в нормальное состояние, часто весьма значительно, и это тепло удерживает материал в нормальном состоянии в течение некоторого времени после отключения критического тока или критического поля; 4) индуктивность материала в сверхпроводящем состоянии ограничивает быстродействие схемы, поэтому для ослабления магнитных полей, а следовательно, и уменьшения индуктивности необходимо использовать дополнительные сверхпроводящие экраны.
 
Криотрон на скрещенных пленках. Переключаемый пленочный криотрон можно получить, если заменить вентильный и управляющий провода тонкими пленками (порядка миллиметра шириной и микрометра толщиной). Криотроны такого типа удобны для изготовления больших матриц с высокой плотностью упаковки. Кроме того, отношение индуктивности к сопротивлению у пленок, как правило, значительно ниже, чем у проводов, а быстродействие устройств на скрещенных пленках много выше.
 
Процессы в криотроне, особенно на скрещенных пленках, весьма сложны, так как магнитное поле, создаваемое током в управляющей пленке, влияет главным образом на ту часть вентильной пленки, которая лежит под управляющей пленкой. Эта область вентиля переходит в нормальное состояние, а остальная его часть остается в сверхпроводящем состоянии или, по крайней мере, в промежуточном. Сопротивление вентиля возрастает от нуля до некоторого конечного значения, поскольку нормальная область занимает всю ширину вентильной полоски и поэтому не шунтируется параллельным участком сверхпроводящего материала.
 
sc11
 
Если управляющий ток сделать больше, то нормальная область вентильной пленки увеличивается по длине и сопротивление вентиля еще более возрастает. На кривой зависимости сопротивления вентиля от управляющего тока наблюдается порог, при котором сопротивление появляется впервые, далее следует область, где сопротивление с увеличением управляющего тока плавно возрастает. При нулевом токе вентиля вентильная пленка даже при самых высоких из обычно используемых значений управляющего тока не переходит в нормальное состояние по всей длине. При конечных фиксированных значениях тока вентиля характер зависимости, в общем, сохраняется, но при этом несколько снижается пороговая величина управляющего тока, а сопротивление вентиля, как правило, возрастает.
 
Характер описанной зависимости существенно видоизменяется под влиянием двух факторов: во-первых, в результате нагрева за счет джоулева тепла, которое может быть весьма существенным в любом криотроне; во-вторых, при использовании листа сверхпроводника в качестве пластины заземления в экранированном криотроне на скрещенных пленках.
 
Если в сверхпроводнике, например в вентиле криотрона, течет ток, то в момент переключения вентиля из сверхпроводящего состояния в нормальное в нем вследствие появления сопротивления происходит выделение тепла. Как уже отмечалось, при увеличении управляющего тока сначала только часть вентильной пленки поперечного пленочного криотрона переключается в нормальное состояние. Тепло, выделяющееся в этой нормальной области, приводит к повышению ее температуры и температуры соседнего участка материала, который находится в сверхпроводящем состоянии.
 
sc12
 
При достаточно высоком токе вентиля тепло, выделяющееся в области, лежащей непосредственно под управляющей пленкой, вызывает настолько большое повышение температуры прилежащих участков вентильной пленки, что они переходят в нормальное состояние, хотя величина поля, созданного управляющим током, явно недостаточна для этого. Появление дополнительной нормальной области приводит к возникновению дополнительного сопротивления, в результате выделяется еще больше тепла — процесс приобретает кумулятивный характер. В криотроне это приводит к тому, что сопротивление вентиля с увеличением управляющего тока возрастает значительно быстрее. Поэтому при больших вентильных токах характеристики криотрона идут гораздо круче, чем при нулевом или низких значениях тока. В этом случае характеристики криотрона лишь видоизменяются в результате нагрева материала джоулевым теплом.
 
В запоминающем устройстве на незатухающем токе переход из сверхпроводящего состояния в нормальное осуществляется путем увеличения тока в сверхпроводнике выше критического значения. При столь большом токе в той части материала, которая первой переходит в нормальное состояние, выделяется очень большое количество тепла и тепловой импульс, распространяющийся по всему объему материала, способствует быстрому переходу всего образца в нормальное состояние.
 
Мы уже говорили, что сверхпроводящий заземляющий экран полностью исключает любое воздействие внешнего магнитного поля, так как на его поверхности возникают токи, стремящиеся нейтрализовать внешнее поле. Если внешнее магнитное поле создается током, протекающим по проводу, то сверхпроводящий экран ослабляет это поле и тем самым уменьшает эффективную индуктивность провода. По этой причине на подложку криотрона, прежде чем осаждать на ней пленки и диэлектрик, наносят сверхпроводящую экранирующую пленку. Такой криотрон называется экранированным, благодаря пониженной индуктивности его быстродействие выше, чем у неэкранированного криотрона.
 
 

Рекомендуем почитать!

silur-tretij-period-paleozoya-ekspansiya-zhizni
Силур - третий период палеозоя - начался около 440 млн лет...ДАЛЕЕ .....896
v-teorii-proiskhozhdeniya-vsego
Некоторые аспекты устройства материи. Испокон века, лучшие...ДАЛЕЕ .....850
lekarstva-ot-tuberkuleza
История туберкулеза легких делится на 2 эпохи:...ДАЛЕЕ .....291
kak-vedut-sebya-atomy
Для понимания того, как происходит квантование энергетических...ДАЛЕЕ .....288
molekulyarnaya-teoriya-sinapticheskoj-peredachi
С помощью очень тонких электродов, которые помещали вблизи...ДАЛЕЕ .....398
chto-takoe-aerobika
Аэробика     Аэробика — это...ДАЛЕЕ .....838
Пирокинез Пирокинез – это самая опасная, из всех паронормальных...ДАЛЕЕ .....1106
ochki-elektronnye-empower
  Очки emPower! могут автоматическом режиме или по команде...ДАЛЕЕ .....531
zelenye-lyagushki
Как вид зеленые лягушки были описаны немецким ученым-биологом...ДАЛЕЕ .....1142
voprosy-kultury-rechi
Элементами динамизма  характеризуется известное...ДАЛЕЕ .....656
duel-s-tramvaem-spasatelnye-ustrojstva
Следует также отметить, что в ходе экспериментов компания...ДАЛЕЕ .....873
pochemu-zdorove-zavisit-ot-pogody
 Вам это тоже знакомо? Сегодня вы готовы вырывать деревья с...ДАЛЕЕ .....1297
kak-ukhazhivat-za-novoj-mashinoj
Советы автолюбителям по уходу за новой машиной. Многие, если...ДАЛЕЕ .....1375
pro-son
Сон-это лучшее лекарство от всех болезней, как говорят с...ДАЛЕЕ .....538
nekotorye-opredelenie-belkov
После того как из живой ткани, разбавленной холодной...ДАЛЕЕ .....496
nastolnyj-robot-dlya-pokhudeniya
Роботы уже давно и активно внедряются во многие сферы жизни...ДАЛЕЕ .....847
chto-takoe-astralnyj-mir
Астральный мир.   Задавались ли вы хоть раз...ДАЛЕЕ .....1087
issledovaniya-mikromira
Для изучения свойств субатомных частиц были разработаны новые...ДАЛЕЕ .....397
knyaz-oleg
Годы правления 879-912      ...ДАЛЕЕ .....1115
chem-otlichaetsya-kuzov-kupe-ot-sedana
А вы знаете, в чем разница между купе и...ДАЛЕЕ .....1101
meteornaya-opasnost-dlya-kosmicheskikh-korablej
В открытом космосе пылинка массой в миллионные доли грамма...ДАЛЕЕ .....941
kosmicheskij-lift-i-nanomaterialy
Концепция космического лифта была разработана в 1895 году...ДАЛЕЕ .....1066
znamenitye-proekty-le-korbyuze
В знаменитом проекте реконструкции центра Парижа,...ДАЛЕЕ .....844
kultura-avstralijskikh-aborigenov
Более 40 тыс. лет назад Австралия уже была населена. В...ДАЛЕЕ .....735
sharp-vypustila-novyj-gigantskij-televizo
Компания Sharp продолжает создавать свои огромные телевизоры....ДАЛЕЕ .....975
kak-ustroeny-rasteniya
На Земле примерно 350 000 биологических видов растений. Это и...ДАЛЕЕ .....964
formirovanie-kristallikov-vlagi
Однако, согласно новейшим исследованиям, главным условием...ДАЛЕЕ .....542
machu-pikchu-kamennyj-gorod
Высоко в Перуанских горах в средневековье существовал...ДАЛЕЕ .....954
zagadochnye-alpy-v-andakh-nemetskaya-koloniya-tovar
Факты о местечке Товар В далеком 1843 году четыре сотни...ДАЛЕЕ .....911