El criotrón es un interruptor que funciona mediante superconductividad . [1] El criotrón funciona según el principio de que los campos magnéticos destruyen la superconductividad. Este sencillo dispositivo consta de dos cables superconductores (por ejemplo, tantalio y niobio) con diferentes temperaturas críticas (Tc). El criotrón fue inventado por Dudley Allen Buck del Laboratorio Lincoln del Instituto Tecnológico de Massachusetts.
Como lo describe Buck, [2] un alambre recto de tantalio (que tiene una Tc más baja) se envuelve con un alambre de niobio en una bobina de una sola capa. Ambos cables están eléctricamente aislados entre sí. Cuando este dispositivo se sumerge en helio líquidobath, ambos cables se vuelven superconductores y, por tanto, no ofrecen resistencia al paso de la corriente eléctrica. El tantalio en estado superconductor puede transportar una gran cantidad de corriente en comparación con su estado normal. Ahora, cuando la corriente pasa a través de la bobina de niobio (envuelta alrededor de tantalio), produce un campo magnético, que a su vez reduce (mata) la superconductividad del cable de tantalio y, por lo tanto, reduce la cantidad de corriente que puede fluir a través del cable de tantalio. Por lo tanto, se puede controlar la cantidad de corriente que puede fluir en el cable recto con la ayuda de una pequeña corriente en el cable enrollado. Podemos pensar en el alambre recto de tantalio como una "puerta" y el niobio enrollado como un "control".
El artículo de Buck [2] incluye descripciones de varios circuitos lógicos implementados usando criotrones, incluyendo: una etapa de un sumador binario, red de acarreo, etapa de acumulador binario y dos etapas de un registro de pasos de criotrón.
Un criotrón plano que utiliza películas delgadas de plomo y estaño fue desarrollado en 1957 por John Bremer en el Laboratorio de Ingeniería General de General Electric en Schenectady, Nueva York . Este fue uno de los primeros circuitos integrados , aunque utilizó superconductores en lugar de semiconductores . En los años siguientes, se fabricó una computadora de demostración y se operaron matrices con 2000 dispositivos. Una breve historia de este trabajo se encuentra en el boletín de noviembre de 2007 del IEEE History Center. [3]
Juri Matisoo [4] desarrolló una versión del criotrón que incorpora una unión Josephson conmutada por el campo magnético de un cable de control. También explicó las deficiencias de los criotrones tradicionales en los que el material superconductor debe hacer una transición entre los estados superconductor y normal para cambiar el dispositivo y, por lo tanto, cambiar de forma relativamente lenta. El criotrón de Matisoo cambió entre un estado de conducción en el que tuvo lugar un "túnel de pares" de electrones a través de la puerta y un estado "resistivo" en el que solo electrones individuales pudieron hacer un túnel. El circuito era (como el criotrón tradicional) capaz de cierta amplificación (es decir, una ganancia mayor que la unidad) y tenía una tasa de conmutación de menos de 800 picosegundos. Aunque el requisito de enfriamiento criogénico limitó su practicidad, no fue hasta finales de la década de 2010 que los transistores comerciales estuvieron cerca de igualar este rendimiento.
Ha habido períodos de renovado interés en varios tipos de criotrón, IBM experimentó con su uso para aplicaciones limitadas en supercomputadoras durante la década de 1980 y (a partir de 2020) se han investigado sus posibles aplicaciones tanto en E / S como en lógica en prototipos. computadoras cuánticas.
Historia
- Diciembre de 1953 Se propone el interruptor controlado magnéticamente en el cuaderno Dudley Allen Buck .
- Julio de 1955 Solicitud de Dudley A. Buck para la patente de EE. UU. 2.832.897 Elemento de puerta controlado magnéticamente
- Agosto de 1955 Memorándum del Laboratorio Lincoln 6M-3843 El criotrón: un componente informático superconductor
- 1956 Un sistema de memoria de catálogo Cryotron por Al Slade y Howard McMahon
- 1957 Solicitud de James W. Crowe para la patente estadounidense 3.100.267 Dispositivos de compuerta superconductores
Legado
El Cyrotron le brindó a Buck varias entrevistas con varias agencias de noticias en ese momento, renombre científico internacional, y aunque el trabajo no sobrevivió a la muerte de Buck, muchas de las técnicas para la investigación del dispositivo se utilizarían en Intel y otros fabricantes de chips y en la investigación de otras computadoras más modernas e interactivas, especialmente en el MIT .
Referencias
- ^ Rose-Innes, AC; EH Rhoderick. Introducción a la superconductividad . Serie Internacional de Física del Estado Sólido. 6 (2 ed.). Pergamon. pag. 45.
- ^ a b Buck, DA (1956). "El componente informático superconductor Cryotron-A". Actas de la IRE . 44 (4): 482–493. doi : 10.1109 / JRPROC.1956.274927 . S2CID 51633331 .
- ^ Bremer, John (2007). "La invención de un circuito integrado superconductor" (PDF) . El boletín del Centro de Historia del IEEE . 75 : 6-7. Archivado desde el original (PDF) el 22 de julio de 2012 . Consultado el 31 de enero de 2013 .
- ^ Matisoo, Juri (1967). "El criotrón de tunelización: un elemento lógico superconductor basado en tunelización de electrones". Actas del IEEE . 55 (2): 172–180. doi : 10.1109 / PROC.1967.5436 .
Diccionario de ciencia Oxford, 4a edición, 1999, ISBN 0-19-280098-1 .