Надпровідниковий ланцюжковий вентиль

Корисна модель відноситься до електроніки і призначена для перетворення електричних сигналів в мініатюрних малошумлячих електронних пристроях. Відомий надпровідниковий кріотрон, який працює як надпровідниковий перемикач струму. Кріотрон містить діелектричну підкладку, а також дві ізольовані тонкі смужки надпровідників, що перетинаються або накладаються одна на одну, де перша смужка виступає в ролі надпровідникового вентиля, а друга в ролі керуючого електрода [А. Бароне, Дж. Патерно "Ефект Джозефсона", Москва, "Мир", 1984]. Надпровідник, що працює як вентиль, можна переводити в нормальний стан магнітним полем, яке створюється струмом, що протікає в керуючому електроді. Недоліком цього пристрою є те, що для перемикання надпровідника в нормальний стан треба заводити в керуючу плівку занадто великий по амплітуді керуючий струм. Це може призвести до небажаного неконтрольованого самоперемикання пристрою, що знижує його надійність. Найбільш близьким по технічній суті до запропонованої корисної моделі є надпровідниковий вентиль [Патент України №2358 опубл. в бюл. №2 від 16.02.2004р.], який складається з діелектричної підкладки, на яку розміщений шар надпровідника, на який нанесений шар діелектрика, на якому розташована П-подібної форми ланцюжок послідовно з’єднаних переходів Джозефсона, на один край якого нанесена плівка діелектрика, на яку послідовно нанесені плівка магнітожорсткого феромагнетика, плівка діелектрик, плівка магнітом’якого феромагнетика, плівка діелектрика, і над якими розташована смужка ізольованого надпровідника, причому на шар діелектрика нанесений шар антиферомагнетика-діелектрика. Недоліком вентиля є те, що створюваний при перемиканні перехід Джозефсона виникає у вигляді переходу SNS типу (надпровідник(S)-нормальний метал(N)-надпровідник(S)), внаслідок чого, при наявності температурних флуктуацій можливе небажане самоперемикання вентиля, що знижує надійність пристрою. В основу корисної моделі поставлена задача створення високо надійного надпровідникового вентиля за рахунок вилучення самоперемикання вентиля. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому надпровідниковому ланцюжковому вентилі, що містить діелектричну підкладку, на яку послідовно нанесені шар надпровідника, шар діелектрика, на якому розміщений Пподібної форми ланцюжок послідовно з'єднаних переходів Джозефсона, на один край якого нанесена плівка діелектрика, на яку послідовно нанесені плівка магнітожорсткого феромагнетика, плівка діелектрика, плівка магнітом'якого феромагнетика, плівка діелектрика, і над якими розташована смужка ізольованого надпровідника, згідно корисної моделі, на шар діелектрика нанесений ланцюжок послідовно з'єднаних переходів Джозефсона. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 - представлена схема пристрою; на Фіг.2 - представлена вольт-амперна характеристика ланцюжка переходів Джозефсона в стані увімкнуто та вимкнуто. Надпровідниковий ланцюжковий вентиль (Фіг.1) включає у себе діелектричну підкладку 1 з нанесеною плівкою надпровідника 2, на яку нанесено плівку діелектрика 3, на яку нанесено нижні плівки переходів Джозефсона 4 з шаром діелектрика 11 на поверхні, на які нанесено верхні плівки переходів Джозефсона 5 і які в результаті утворюють ланцюжок послідовно з'єднаних переходів Джозефсона (в даному випадку ланцюжок складається з чотирьох переходів Джозефсона), тобто вищезгаданий ланцюжок послідовно з'єднаних переходів Джозефсона складається з нижніх плівок надпровідника з шаром діелектрика на поверхні, на які частково лягають верхні плівки надпровідника, утворюючи в місцях контактів переходи Джозефсона. Вентиль складається з П-подібної форми ланцюжка послідовно з'єднаних переходів Джозефсона 4-5, на один край якого нанесено плівку діелектрика 6, на яку нанесено плівку магнітожорсткого феромагнетика 7, на яку нанесено плівку діелектрика 8, на яку нанесено плівку магнітом'якого феромагнетика 9, на яку нанесена плівка діелектрика 12, і над якими розташована ізольована керуюча смужка 10 надпровідника. Протікаючи по керуючій смужці 10, електричний струм створює магнітне поле, яке взаємодіючи з магнітними полями феромагнетиків 7 і 9, керує параметрами та роботою над провідникового ланцюжкового вентиля. Пристрій працює таким чином. В ізольовану смужку надпровідника 10 подається постійний електричний струм одного або іншого напрямку, створене струмом магнітне поле переорієнтує вектор намагніченості М1 магнітом'якого феромагнетика 9. При цьому, якщо напрямок вектора М1 співпадає з напрямком вектора намагніченості М2 магнітожорсткого феромагнетика 7, то в ланцюжку послідовно з'єднаних переходів Джозефсона 4-5 утворюються переходи нормальний метал-ізолятор-нормальний метал, завдяки чому через ланцюжок переходів Джозефсона 4-5 надпровідний струм не протікає, тобто вентиль закрито. Якщо напрямок вектора М1 є протилежним до напрямку вектора намагніченості М2 магнітожорсткого феромагнетика 7, то в ланцюжку послідовно з'єднаних переходів Джозефсона 4-5 не утворюються переходи нормальний метал-ізолятор-нормальний метал, завдяки чому через ланцюжок переходів Джозефсона 4-5 надпровідний струм протікає без перешкод, тобто вентиль відкрито. Змінюючи величину протікаючого струму керування, змінюються параметри надпровідникового ланцюжкового вентиля, наприклад, величина стрибків фази надпровідникового параметру порядку в переходах Джозефсона, величина надпровідного струму Джозефсона, що протікає крізь ланцюжок переходів Джозефсона 4-5. Вольт-амперна характеристика ланцюжка переходів Джозефсона 4-5 в стані "увімкнуто" і в стані "вимкнуто", яка приведена на Фіг.2 показує, що при перемиканні змінюється опір пристрою від нульового до ненульового, що дозволяє використовувати його в перемикаючих та підсилюючих пристроях без небажаного самоперемикання. Перехід в стан "увімкнуто" відбувається після того, як вектор намагніченості М1 зроблений паралельним до вектора М2 шляхом пропускання по керуючій плівці 10 імпульсу струму амплітудою порядку одного міліампера. Така конструкція надпровідникового вентиля дозволяє робити гарантоване вмикання та вимикання надпровідного струму, що протікає крізь ланцюжок переходів Джозефсона. Надпровідниковий ланцюжковий вентиль, що заявляється, може знайти широке застосування в промисловості, зокрема в електронних пристроях, наприклад, у комп'ютерній техніці та аналого-цифрових перетворювачах.