Перехідні характеристики та способи керування елементами пам’яті на основі джозефсонівських кріотронів та СКВІДів

Abstract

Дисертація присвячена розробленню способів керування логічним станом в джозефсонівських кріотронах і кріотронах-СКВІДах на основі ВТНП, а також отриманню перехідних характеристик таких кріотронів під час зміни їх логічного стану для оцінки можливості використання їх як надшвидкодіючі елементи комп’ютерної пам’яті. Представлено математичну модель перехідних процесів в джозефсонівських кріотронах, на основі якої отримано перехідні характеристики кріотронів під час зміни їх логічного стану за різних робочих температур. Запропоновано ефективні способи керування такими елементами, зокрема: за допомогою імпульсів електричного струму і за допомогою імпульсів магнітного потоку та обчислено часи комутації для кожного з них. Розроблено методику визначення часу комутації для логічних переходів «0» «1» та «1» «0». Для оцінки швидкодії та стабільності перемикання проаналізовано вплив ємності та провідності джозефсонівських тунельних переходів на перехідні процеси, а також вплив параметрів керуючих імпульсів. Отримані відповідні залежності часів комутації від ємності та провідності ДТП дозволили встановити межі інтервалів стабільного режиму роботи. Розроблено математичну модель перехідних процесів в кріотронах на основі СКВІДів та запропоновано комбінований метод керування логічним станом таких кріотронів. Суть методу полягає в послідовній подачі на кріотрон імпульсів магнітного потоку для логічних переходів «0» «1» та імпульсів струму для логічних переходів «1» «0». На основі ВАХ, змодельованих за літературними експериментальними даними для шаруватого ВТНП Bi2Sr2CaCu2O8+δ (мезоструктура Bi-2212), отримано перехідні характеристики та розраховано характерні часи комутації для обох способів керування. Диссертация посвящена разработке способов управления логическим состоянием в джозефсоновских криотронах и криотронах-СКВИДах на основе ВТСП, а также получению переходных характеристик таких криотронов при изменении их логического состояния для оценки возможности использования их как сверхбыстродействующих элементов компьютерной памяти. Представлена математическая модель переходных процессов в джозефсоновских криотронах, на основе которой получены переходные характеристики криотронов при изменении их логического состояния за разных рабочих температур. Предложены эффективные способы управления такими элементами, в частности: с помощью импульсов электрического тока и с помощью импульсов магнитного потока, а также рассчитаны времена коммутации для каждого из них. Разработана методика определения времени коммутации для логических переходов «0» «1» и «1» «0». Для оценки быстродействия и стабильности переключение проанализировано влияние емкости и проводимости джозефсоновских туннельных переходов на переходные процессы, а также влияние параметров управляющих импульсов. Полученные соответствующие зависимости времен коммутации от емкости и проводимости ДТП позволили установить границы интервалов стабильного режима работы. Разработана математическая модель переходных процессов в криотронах на основе СКВИДов и предложен комбинированный метод управления логическим состоянием таких криотронов. Суть метода заключается в последовательной подаче на криотрон импульсов магнитного потока для логических переходов «0» «1» и импульсов электрического тока для логических переходов «1» «0». На основе ВАХ, смоделированных по литературным экспериментальным данным для слоистого ВТСП Bi2Sr2CaCu2O8+δ (мезоструктура Bі-2212), получено переходные характеристики и рассчитаны характерные времена коммутации для обеих способов управления. Dissertation is devoted to development of methods of control logical state in Josephson cryotron and cryotron- SQUID based HTS and receiving transitional characteristics such cryotrons while changing their logic state to evaluate the possibility of using them as a superfast computer memory elements. The mathematical model of transient processes in Josephson cryotron on which cryotrons obtained transient response while changing their logic state at different operating temperatures. An efficient ways to control such elements, in particular by using pulses of electric current and by pulse magnetic flux and calculated switching times for each of them. The method of determining the time for switching logic transitions «0» «1» та «1» «0». To evaluate the performance and stability analysis of the impact of switching capacitance and conductance Josephson tunnel junctions in the transition, and the impact parameter control pulses. These respective switching times depending on the capacity and conductivity accident revealed the limits of intervals of stable operation. The mathematical model of the transition process in cryotron based SQUID and proposed a combined method of control logic such as cryotrons. The method consists in applying to cryotron sequential pulses of magnetic flux transitions to logic «0» «1» and momentum current for logical transitions «1» «0». Based on the current-voltage characteristics modeled according to the literature experimental data for the layered HTS Bi2Sr2CaCu2O8+δ (Bi-2212 mesostructure) obtained transient response characteristic and calculated switching times for both control methods.