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JPH0650600B2 - Superconducting memory - Google Patents
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JPH0650600B2 - Superconducting memory - Google Patents

Superconducting memory

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JPH0650600B2
JPH0650600B2 JP60262514A JP26251485A JPH0650600B2 JP H0650600 B2 JPH0650600 B2 JP H0650600B2 JP 60262514 A JP60262514 A JP 60262514A JP 26251485 A JP26251485 A JP 26251485A JP H0650600 B2 JPH0650600 B2 JP H0650600B2
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josephson junction
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昌志 向田
一紀 宮原
幸司 宝川
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、情報をアブリコソフ磁束量子の形で超伝導体
内に記憶する超伝導記憶装置に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a superconducting memory device for storing information in the superconductor in the form of Abrikosov magnetic flux quanta.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

アブリコソフ磁束量子を記憶情報として用いた装置は、
アプライドフィジックスレター誌(Applied Physics Let
ters,Vol.39No.12 December 1981,pp.992〜998)に既に
開示されている。
A device that uses Abrikosov flux quanta as memory information is
Applied Physics Let
ters, Vol. 39 No. 12 December 1981, pp. 992 to 998).

第9図はアブリコソフ磁束量子記憶装置の従来例のひと
つを示す概略斜視図である。アブリコソフ磁束量子を保
持するための膜厚の薄い超伝導体層51と、超伝導体膜
51の一部を下部電極とし超伝導体膜52を上部電極と
する磁束量子検用ジョセフソン接合53と、超伝導体膜
51の端55近くに設けられた磁束量子書込線54と、
超伝導体膜51の端55を除く周辺を囲む超伝導体膜5
1よりも膜厚の厚い超伝導体膜51′とで構成されてい
る。なお、Bは超伝導体膜51内に保持されているアブ
リコソフ磁束量子を概念的に表しているものである。
FIG. 9 is a schematic perspective view showing one of conventional examples of the Abrikosov magnetic flux quantum memory device. A thin superconductor layer 51 for holding the Abrikosov magnetic flux quantum, and a Josephson junction 53 for magnetic flux quantum detection in which a part of the superconductor film 51 is a lower electrode and the superconductor film 52 is an upper electrode. , A magnetic flux quantum write line 54 provided near the end 55 of the superconductor film 51,
Superconductor film 5 surrounding the periphery of the superconductor film 51 excluding the end 55.
1 and a superconductor film 51 'having a thickness greater than 1. Note that B conceptually represents the Abrikosov magnetic flux quantum retained in the superconductor film 51.

このアブリコソフ磁束量子記憶装置は、超伝導体膜51
内に保持されているアブリコソフ磁束量子の有無を記憶
状態の「1」「0」に対応させている。すなわち、超伝
導体膜51内にアブリコソフ磁束量子が保持されると、
その磁束量子がジョセフソン接合53に影響を与えてジ
ョセフソン接合53における閾値電流Ijを低下させる
ことを利用しており、閾値電流Ijの変化を記憶状態の
「1」「0」に対応させるているのである。
This Abrikosov magnetic flux quantum memory device has a superconductor film 51.
The presence / absence of the Abrikosov magnetic flux quanta held therein is associated with "1" and "0" in the memory state. That is, when the Abrikosov magnetic flux quantum is retained in the superconductor film 51,
The fact that the magnetic flux quantum affects the Josephson junction 53 to lower the threshold current Ij in the Josephson junction 53 is utilized, and the change in the threshold current Ij is made to correspond to “1” and “0” of the memory state. Is there.

情報の読み出しは、適当な値のバイアス電流Ibをジョ
セフソン接合53に与えることにより行う。すなわち、
アブリコソフ磁束量子が超伝導体膜51内に保持された
場合の閾値電流Ijと保持されていない場合のそれとの
間の値を持つバイアス電流Ibをジョセフソン接合53
に与えると、アブリコソフ磁束量子が保持されていれば
ジョセフソン接合53に電圧が発生(有電圧状態)し、
保持されていなければ電圧は零(零電圧状態)となるの
である。
Information is read by applying a bias current Ib having an appropriate value to the Josephson junction 53. That is,
A bias current Ib having a value between the threshold current Ij when the Abrikosov magnetic flux quantum is held in the superconductor film 51 and the threshold current Ij when the superconducting film is not held in the Josephson junction 53.
, The voltage is generated in the Josephson junction 53 (voltage state) if the Abrikosov magnetic flux quantum is held,
If it is not held, the voltage becomes zero (zero voltage state).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ところが、この従来のアブリコソフ磁束量子記憶装置
は、書き込みに非常に大きな問題点をもっていた。
However, this conventional Abrikosov magnetic flux quantum storage device has a very serious problem in writing.

記憶状態「1」の書き込みは、書込線54に所定の方向
の電流を流して磁界を発生させ、超伝導体膜51に端5
5から所定の向き(たとえば、上向き)のアブリコソフ
磁束量子を内部発生させることにより達成する。一方、
記憶状態「0」の書き込みは、そのときの記憶状態に応
じて異なる手順を用いて行わなければならない。すなわ
ち、書込前の記憶状態が「1」であれば、書込線54に
逆向きの電流を流して下向きの磁束量子を超伝導体膜5
1に内部発生させ、上向きの磁束量子と対消滅させるこ
とによってアブリコソフ磁束量子数を零にする。また、
記憶状態が「0」であれば書込線54に何等電流を流さ
ないことによりそのままの状態を維持し、実質的に
「0」書き込みとする。
To write the memory state “1”, a current is applied to the write line 54 in a predetermined direction to generate a magnetic field, and the superconductor film 51 has an end 5 at the end 5.
This is achieved by internally generating Abrikosov flux quanta from 5 in a predetermined direction (for example, upward). on the other hand,
Writing of the storage state “0” must be performed using a different procedure depending on the storage state at that time. That is, if the storage state before writing is “1”, a reverse current is applied to the write line 54 to cause downward flux quanta to be generated in the superconductor film 5.
Abrikosov magnetic flux quantum number is made zero by internally generating 1 and annihilating the upward magnetic flux quantum. Also,
If the memory state is "0", no current is passed through the write line 54 to maintain the state as it is, and "0" is written.

このように、従来のアブリコソフ磁束量子記憶装置で
は、書き込み前にそのつど必ず記憶状態を読み出す必要
があり、書き込みのアクセス時間を無用に長くし、この
記憶セルを用いて計算機を構成するとマシンサイクル時
間が長くなるという問題点があった。
As described above, in the conventional Abrikosov magnetic flux quantum storage device, it is necessary to read the storage state each time before writing, and if the access time for writing is unnecessarily lengthened and a computer is configured using this storage cell, the machine cycle time There was a problem that it becomes longer.

また、記憶状態「1」から「0」書き込みを行う場合
に、磁束量子を正確に対消滅させることは非常に困難で
ある。対消滅が不十分であれば上向きのアブリコソフ磁
束量子が一部残留してしまい、対消滅を過剰に行えば下
向きのアブリコソフ磁束量子が保持されてしまう。した
がって、アブリコソフ磁束量子を過不足なく対消滅させ
る必要性から書込動作マージンが非常に狭くなり、安定
動作が困難であった。また、書込動作を繰り返し行うう
ちに、完全対消滅し損なった残留アブリコソフ磁束量子
が徐々に蓄積していき、誤動作を生じるに至るという問
題点があった。
In addition, when writing "0" from the memory state "1", it is very difficult to exactly eliminate the pair of magnetic flux quanta. If the pair annihilation is insufficient, a part of the upward Abrikosov magnetic flux quantum remains, and if the pair annihilation is excessively performed, the downward Abrikosov magnetic flux quantum is retained. Therefore, the write operation margin is extremely narrowed due to the necessity of annihilating the Abrikosov magnetic flux quanta without excess or deficiency, and stable operation is difficult. In addition, there is a problem in that residual Abrikosov magnetic flux quanta, which have not been completely pair-annihilated, gradually accumulate during repeated write operations, resulting in malfunction.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の超伝導記憶装置は上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、情報に対応している電流が供給されること
によって磁場発生しこの磁場によってアブリコソフ磁束
量子を内部発生しそのアブリコソフ磁束量子を前記磁場
を取り除いた状態でも自己保持する超伝導体層を有する
情報書込記憶手段と、前記情報書込記憶手段の超伝導体
層に自己保持されているアブリコソフ磁束量子のつくる
磁場に感応する少なくともひとつ以上のジョセフソン接
合素子および前記ジョセフソン接合素子におけるアブリ
コソフ磁束量子による磁場と平行な成分を有する磁場を
発生する制御線をする情報読出手段とを具備するもので
ある。
The superconducting memory device of the present invention has been made in view of the above problems, and a magnetic field is generated by supplying a current corresponding to information, and this magnetic field internally generates the Abrikosov magnetic flux quanta. Is sensitive to a magnetic field created by an information writing and storing means having a superconductor layer that retains itself even when the magnetic field is removed, and an Abrikosov magnetic flux quantum self-held in the superconductor layer of the information writing and storing means. It is provided with at least one or more Josephson junction elements and an information reading means for providing a control line for generating a magnetic field having a component parallel to the magnetic field due to the Abrikosov magnetic flux quanta in the Josephson junction elements.

〔作用〕[Action]

情報書込記憶手段を構成する超伝導体層に与える電流の
向きによってこの情報書込記憶手段の超伝導体層に記憶
情報の「0」または「1」に対応する上向きまたは下向
きのアブリコソフ磁束量子が選択的に保持される。そし
て、制御線に制御電流Icsを与えると共にジョセフソ
ン接合素子にバイアス電流Isを与えると、アブリコソ
フ磁束量子の向きに対応してジョセフソン接合素子が有
電圧状態または零電圧状態のいずれかとなる。
Depending on the direction of the current applied to the superconductor layer forming the information writing / storing means, an upward or downward Abrikosov flux quantum corresponding to "0" or "1" of stored information in the superconductor layer of the information writing / storing means. Are selectively retained. Then, when the control current Ics is applied to the control line and the bias current Is is applied to the Josephson junction element, the Josephson junction element becomes either in the voltage state or the zero voltage state depending on the direction of the Abrikosov magnetic flux quantum.

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例と共に本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples.

第1図は本発明の一実施例を示す平面配置図であり、第
2図はそのII−II断面図である。情報書込記憶手段1
は、所定の電流が供給されることによって磁場を発生
し、この磁場によってアブリコソフ磁束量子αを内部発
生し、そのアブリコソフ磁束量子を該磁場が除去された
後も自己保持する超伝導体層2を情報書込要素および情
報記憶用要素として有する。超伝導体層2は例えば方形
または長方形に形成されており、相対する一対の辺をそ
れぞれ3aおよび3bbとし、また、相対する他の一対
の辺をそれぞれ3cおよび3dとするとき、辺3aおよ
び3bの辺3c側からそれと一体にそれぞれ外方にスト
ライプ状の超伝導体層4aおよび4bを電流供給端子と
して延長させている。なお、この超伝導体層2は、超伝
導体層4aおよび4bと共に第2種の超伝導体からな
る。
FIG. 1 is a plan layout view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a II-II sectional view thereof. Information writing storage means 1
Generates a magnetic field by being supplied with a predetermined current, internally generates the Abrikosov magnetic flux quantum α by the magnetic field, and the superconducting layer 2 that self-holds the Abrikosov magnetic flux quantum even after the magnetic field is removed. It has an information writing element and an information storage element. The superconductor layer 2 is formed in, for example, a rectangular shape or a rectangular shape. When the pair of opposing sides are 3a and 3bb, respectively, and the other pair of opposing sides are 3c and 3d, respectively, the sides 3a and 3b. Stripe-shaped superconductor layers 4a and 4b are extended outward from the side 3c side integrally with the side 3c as current supply terminals. The superconductor layer 2 is made of a second type superconductor together with the superconductor layers 4a and 4b.

情報読出手段21は、情報書込記憶手段1の超伝導体層
2が自己保持しているアブリコソフ磁束量子に感応する
ジョセフソン接合素子22およびこのジョセフソン接合
素子22に所定の磁界を与える制御線34を情報読出用
要素として有する。ジョセフソン接合素子22は、下部
電極としての超伝導体層32と上記電極としての超伝導
体層26との間にトンネル障壁層25を介在させること
によって構成されている。すなわち、情報書込記憶手段
1の超伝導体層2上に絶縁層31と介して超伝導体層3
2が下部電極として形成され、超伝導体層32上に窓2
3が穿設された絶縁層24が形成され、超伝導体層32
の窓23に臨む領域に例えば超伝導体層32の材料の酸
化物でなるトンネル障壁層25が形成され、さらに、絶
縁層24上に窓23を覆うように超伝導体層26が上部
電極として形成されている。制御線34はストライプ状
の超伝導体層からなり、トンネル障壁層25の上方を横
切るように、超伝導体層26上に絶縁層33を介して形
成されている。
The information reading means 21 includes a Josephson junction element 22 which is sensitive to the Abrikosov magnetic flux quantum self-held by the superconductor layer 2 of the information writing and storing means 1 and a control line which gives a predetermined magnetic field to the Josephson junction element 22. 34 is provided as an information reading element. The Josephson junction element 22 is configured by interposing a tunnel barrier layer 25 between a superconductor layer 32 as a lower electrode and a superconductor layer 26 as the electrode. That is, the superconductor layer 3 is formed on the superconductor layer 2 of the information writing / storage means 1 through the insulating layer 31.
2 is formed as a lower electrode, and the window 2 is formed on the superconductor layer 32.
3 is formed, the insulating layer 24 is formed, and the superconductor layer 32 is formed.
, A tunnel barrier layer 25 made of, for example, an oxide of the material of the superconductor layer 32 is formed in a region facing the window 23, and the superconductor layer 26 serves as an upper electrode on the insulating layer 24 so as to cover the window 23. Has been formed. The control line 34 is composed of a stripe-shaped superconductor layer, and is formed on the superconductor layer 26 via the insulating layer 33 so as to cross over the tunnel barrier layer 25.

つぎに、本実施例の動作を説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

情報の「1」に対応する電流を情報書込記憶手段1の書
込電流端子4aから4bに向けて流すと、これに応じて
情報「1」に対応する磁場、すなわち第2図において紙
面の上から見て右回りの磁場がアンペアの法則にしたが
って情報書込記憶手段1の超伝導体層2の周囲に発生す
る。このとき発生した磁場は情報書込記憶手段1の超伝
導体層2自身にも印加される。このとき、アブリコソフ
磁束量子αは超伝導体層2中に単独で発生することはで
きず、アブリコソフ磁束量子αが超伝導体層2中に侵入
するためには、磁場は超伝導体層2の周辺部から入らざ
るを得ない。今、IA方向に流れる電流によって第2図
の左側、すなわち超伝導体層2の辺3c側では上向きの
磁場が発生しており、一方右側、すなわち辺3d側では
下向きの磁場が発生している。よって、この磁場の圧力
により、辺3c部から上向きの磁場が超伝導体層2に侵
入し、辺3d部からは下向きの磁場が侵入する。このた
め、情報書込記憶手段1の超伝導体層2の辺3c部に情
報「1」に対応するアブリコソフ磁束量子αが第1の向
き(上向き「↑」)に内部発生する。そして、磁場の印
加を続けると、アブリコソフ磁束量子が辺3c部におい
て次々と発生し、先に内部発生したアブリコソフ磁束量
子を互いに働く斥力により情報読出手段21側に押し込
んでゆく。
When a current corresponding to the information "1" is flown from the write current terminals 4a to 4b of the information writing / storage means 1, the magnetic field corresponding to the information "1", that is, the paper surface in FIG. A clockwise magnetic field as viewed from above is generated around the superconductor layer 2 of the information writing / storage means 1 according to Ampere's law. The magnetic field generated at this time is also applied to the superconductor layer 2 itself of the information writing / storage means 1. At this time, the Abrikosov magnetic flux quantum α cannot be generated alone in the superconductor layer 2, and in order for the Abrikosov magnetic flux quantum α to enter the superconductor layer 2, the magnetic field of the superconductor layer 2 must be set. There is no choice but to enter from the peripheral area. Now, due to the current flowing in the IA direction, an upward magnetic field is generated on the left side of FIG. 2, that is, on the side 3c side of the superconductor layer 2, while a downward magnetic field is generated on the right side, that is, the side 3d side. . Therefore, due to the pressure of this magnetic field, an upward magnetic field enters the superconductor layer 2 from the side 3c portion, and a downward magnetic field enters from the side 3d portion. Therefore, the Abrikosov magnetic flux quantum α corresponding to the information “1” is internally generated in the first direction (upward “↑”) on the side 3c of the superconductor layer 2 of the information writing / storage means 1. Then, when the application of the magnetic field is continued, the Abrikosov magnetic flux quanta are generated one after another at the side 3c, and the Abrikosov magnetic flux quanta internally generated earlier are pushed into the information reading means 21 side by the repulsive force acting on each other.

また、このとき、情報書込記憶手段1の超伝導体層2を
IA方向に流れる上記書込電流は、辺3c部において内
部発生してアブリコソフ磁束量子に対してローレンツ相
互作用による力を与え、このアブリコソフ磁束量子を情
報読出手段21側に速やかに移動させるので、書込時間
が非常に短い。
At this time, the write current flowing through the superconductor layer 2 of the information writing / storage means 1 in the IA direction is internally generated at the side 3c and gives a force to the Abrikosov magnetic flux quantum by Lorentz interaction, Since this Abrikosov magnetic flux quantum is quickly moved to the information reading means 21 side, the writing time is very short.

情報読出手段21側に移動してきたアブリコソフ磁束量
子はジョセフソン接合素子22の下部電極である比較的
厚い超伝導体層32の存在によりそれ以上の移動が妨げ
られる。このようにして、情報書込記憶手段1にアブリ
コソフ磁束量子が侵入していき、ある程度以上のアブリ
コソフ磁束量子が侵入してしまうと、こんどはアブリコ
ソフ磁束量子の互いの斥力により侵入が困難となり飽和
状態となる。すなわち、アブリコソフ磁束量子は辺3
a,3b,3cおよびジョセフソン接合素子22の下部
電極32の情報書込記憶手段1側の辺3d′で囲まれた
領域内において飽和状態となる。そして、このアブリコ
ソフ磁束量子は、書込電流が除かれたときには超伝導体
層2のピン止め力(アブリコソフ磁束量子を捕獲する
力)により自己保持される。
The presence of the relatively thick superconductor layer 32, which is the lower electrode of the Josephson junction element 22, prevents further movement of the Abrikosov magnetic flux quantum that has moved to the information reading means 21 side. In this way, if the Abrikosov magnetic flux quanta intrude into the information writing / storage means 1 and a certain amount or more of the Abrikosov magnetic flux quanta invade, the repulsive force of the Abrikosov magnetic flux quanta makes it difficult to invade them, and the saturated state occurs. Becomes That is, Abrikosov magnetic flux quantum is edge 3
In the region surrounded by a, 3b, 3c and the side 3d 'of the lower electrode 32 of the Josephson junction element 22 on the side of the information writing / storage means 1, a saturation state occurs. The Abrikosov magnetic flux quantum is self-held by the pinning force of the superconductor layer 2 (the force that captures the Abrikosov magnetic flux quantum) when the write current is removed.

つぎに、情報の「0」に対応する電流を、情報書込記憶
手段1の書込電流端子4bから4aに向けてIB方向に
流すと、超伝導体層2では上述の情報「1」に対応する
磁場とは逆向きの磁場、すなわち、第2図において紙面
の上から見て左回りの磁場が発生する。この磁場によっ
て情報書込記憶手段1の超伝導体層2自身には、情報
「0」に対応するアブリコソフ磁束量子が情報「1」に
対応するアブリコソフ磁束量子とは逆の第2の向き(下
向き「↓」)に内部発生する。この内部発生した情報
「0」に対応するアブリコソフ磁束量子は前述した上向
きのアブリコソフ磁束量子と同様に侵入していき、すで
に自己保持されている情報「1」に対応する上向きのア
ブリコソフ磁束量子と結合して対消滅する。そしてさら
に、情報「0」に対応するアブリコソフ磁束量子が侵入
することによって最終的には「0」に対応するアブリコ
ソフ磁束量子のみが情報書込記憶手段1の超伝導体層2
に残留し保持される。これが情報「0」の保持状態であ
る。この情報「0」の書き込みにおいても、情報書込記
憶手段1の超伝導体層2をIB方向に流れる上記書込電
流は、辺3c部において内部発生したアブリコソフ磁束
量子に対してローレンツ相互作用による力を与え、この
アブリコソフ磁束量子と情報読出手段21側に速たかに
移動させる。
Next, when a current corresponding to information "0" is passed in the IB direction from the write current terminals 4b to 4a of the information writing / storage means 1, the above-mentioned information "1" is obtained in the superconductor layer 2. A magnetic field in the direction opposite to the corresponding magnetic field, that is, a counterclockwise magnetic field when viewed from above in the paper of FIG. 2 is generated. Due to this magnetic field, in the superconductor layer 2 itself of the information writing / storage means 1, the Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the information "0" is opposite to the second direction (downward) from the Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the information "1". It occurs internally in "↓"). The Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the internally generated information "0" invades similarly to the above-mentioned upward Abrikosov magnetic flux quantum, and is coupled with the upward Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the information "1" that is already self-held. Then disappears. Furthermore, the Abrikosov magnetic flux quanta corresponding to the information "0" intrudes so that finally only the Abrikosov magnetic flux quanta corresponding to the "0" is stored in the superconductor layer 2 of the information writing and storing means 1.
Remain and are retained. This is the holding state of the information “0”. Even when this information "0" is written, the write current flowing through the superconductor layer 2 of the information writing / storage means 1 in the IB direction is due to Lorentz interaction with the internally generated Abrikosov magnetic flux quantum at the side 3c. A force is applied and the Abrikosov magnetic flux quantum and the information reading means 21 are moved quickly.

つぎに、情報の読み出しについて説明する。記憶状態の
検出は、制御電流Icsを情報読出手段21の超伝導体
層34に流すと共に、所定のバイアス電流Isを情報読
出手段21のジョセフソン接合素子22に超伝導体層2
6とトンネル障壁層25と超伝導体層32を通じて流す
ことにより行う。第3図はジョセフソン接合素子22の
閾値特性を示す図であり、横軸は制御線34に流す制御
電流値、縦軸はジョセフソン接合素子22に流すバイア
ス電流値である。同図において、破線7はアブリコソフ
磁束量子が情報書込記憶手段1に保持されていないとき
の閾値特性曲線、実線8は「0」状態に相当するアブリ
コソフ磁束量子が保持されているときの閾値特性曲線、
実線9は「1」状態に相当するアブリコソフ磁束量子が
保持されているときの閾値特性曲線である。このよう
に、記憶状態によって閾値特性が横軸に沿って遷移する
のは、情報書込記憶手段1の超伝導体層2に保持された
アブリコソフ磁束量子が作る磁界の影響によるものであ
る。
Next, reading of information will be described. To detect the storage state, a control current Ics is passed through the superconductor layer 34 of the information reading means 21, and a predetermined bias current Is is applied to the Josephson junction element 22 of the information reading means 21.
6 through the tunnel barrier layer 25 and the superconductor layer 32. FIG. 3 is a diagram showing the threshold characteristics of the Josephson junction element 22, in which the horizontal axis represents the control current value flowing in the control line 34 and the vertical axis represents the bias current value flowing in the Josephson junction element 22. In the figure, a broken line 7 is a threshold characteristic curve when the Abrikosov magnetic flux quantum is not held in the information writing storage means 1, and a solid line 8 is a threshold characteristic when the Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the “0” state is held. curve,
A solid line 9 is a threshold characteristic curve when the Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the “1” state is held. As described above, the threshold characteristic transits along the horizontal axis depending on the storage state because of the influence of the magnetic field created by the Abrikosov magnetic flux quantum held in the superconductor layer 2 of the information writing storage unit 1.

いま、ジョセフソン接合素子22にバイアス電流Isを
流すと共に、制御線34に第1の方向に制御電流Ics
を流すことによって動作点Aの位置に移動させることが
できる。同図から、「0」状態であれば動作点Aが閾値
特性曲線8の内側にあるためジョセフソン接合素子22
は零電圧状態が維持され、「1」状態であれば動作点A
は閾値特性曲線9の外側に出してしまうことから有電圧
状態に転移することが判る。この現象は、「0」状態の
ときには下向きのアブリコソフ磁束量子が作る磁界と制
御電流Icsが作る磁界とがトンネル障壁層25部にお
いて互いに打ち消しあい、「1」状態にあるときには上
向きのアブリコソフ磁束量子の磁界と制御電流Icsの
磁界とが相互に加わることにより生じる。このような作
用によって、所定のバイアス電流Isと制御電流Ics
とを同時に流したときのジョセフソン接合素子22の電
圧状態により記憶状態が「1」であるか「0」であるか
を読み出すことができる。
Now, the bias current Is is passed through the Josephson junction element 22, and the control current Ics is applied to the control line 34 in the first direction.
Can be moved to the position of the operating point A. From the figure, in the “0” state, the operating point A is inside the threshold characteristic curve 8, so the Josephson junction device 22
Is maintained at zero voltage, and if it is "1", operating point A
Is output to the outside of the threshold characteristic curve 9, so it can be seen that the voltage shifts to the voltage state. This phenomenon occurs when the magnetic field created by the downward Abrikosov flux quanta and the magnetic field created by the control current Ics cancel each other in the tunnel barrier layer 25 in the "0" state, and when in the "1" state, It is caused by mutual application of the magnetic field and the magnetic field of the control current Ics. By such an action, the predetermined bias current Is and control current Ics
It is possible to read out whether the storage state is "1" or "0" according to the voltage state of the Josephson junction element 22 when and are simultaneously passed.

第4図は本発明の他の実施例を示す平面配置図であり、
第5図はそのV−V断面図である。第4図および第5図
において第1図および第2図と同一若しくは相当部分に
は同一の符号を付してある。本実施例では情報書込記憶
手段1が超伝導体層2における2つの領域2aおよび2
bからなり、これらの領域は情報読出手段21の制御線
34を中心として左右対称に配置されている(第4図の
一点鎖線CLを基準として鏡面対称となっている)。す
なわち、第1の実施例の構造において、超伝導体層2の
端面3dを反3c方向に延長することにより新たな情報
書込記領域2bを設けたものである。また、書込電流端
子4aおよび4bを情報書込記憶手段1の超伝導体層2
と同一の幅としている。なお、3c′はジョセフソン接
合素子22の下部電極32の情報書込記憶領域2b側の
辺を示している。
FIG. 4 is a plan view showing another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a VV sectional view thereof. In FIGS. 4 and 5, the same or corresponding parts as those in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals. In this embodiment, the information writing / storing means 1 has two regions 2a and 2 in the superconductor layer 2.
b, these areas are symmetrically arranged about the control line 34 of the information reading means 21 (mirror-symmetrical with respect to the one-dot chain line CL in FIG. 4). That is, in the structure of the first embodiment, a new information writing area 2b is provided by extending the end surface 3d of the superconductor layer 2 in the direction opposite to 3c. In addition, the write current terminals 4a and 4b are connected to the superconductor layer 2 of the information writing / storing means 1.
It has the same width as. Note that 3c 'indicates the side of the lower electrode 32 of the Josephson junction element 22 on the information write storage area 2b side.

本実施例装置における情報「1」の書き込みは、書込電
流IAを書込電流端子4aから4bに向けて一様に通電
することにより行う。この書込電流IAにより第5図の
紙面の上からみて右回りの磁場が発生する。すなわち、
情報書込記憶領域2aでは上向きの磁場が印加されて上
向きのアブリコソフ磁束量子が内部発生して保持され、
情報書込記憶領域2bでは下向きの磁場が印加されて下
向きのアブリコソフ磁束量子が内部発生し保持される。
これら2つの情報書込記領域に互いに異なる向きに蓄積
されたアブリコソフ磁束量子による磁束はジョセフソン
接合素子22に対して相加的に鎖交する。また、情報
「0」の書き込みは、書込電流IBを書込電流端子4b
から4aに向けて一様に通電すればよい。この通電によ
って、情報「1」の書き込みのときと逆向きの磁場が発
生し、情報書込記領域2aに下向きのアブリコソフ磁束
量子が、情報書込記憶領域2bに上向きのアブリコソフ
磁束量子がそれぞれ蓄積される。これらのアブリコソフ
磁束量子による磁束がジョセフソン接合素子22に対し
て相加的に鎖交することは情報「1」の書き込みの場合
と同様である。ただし、この場合の磁束の向きは逆であ
る。
The writing of the information "1" in the device of the present embodiment is performed by uniformly supplying the write current IA from the write current terminals 4a to 4b. This write current IA generates a clockwise magnetic field when viewed from above the paper surface of FIG. That is,
In the information writing storage area 2a, an upward magnetic field is applied to internally generate and hold an upward Abrikosov magnetic flux quantum,
In the information writing storage area 2b, a downward magnetic field is applied and downward Abrikosov magnetic flux quanta are internally generated and held.
The magnetic fluxes due to the Abrikosov magnetic flux quanta accumulated in these two information writing areas in different directions are additively linked to the Josephson junction element 22. When writing the information "0", the write current IB is set to the write current terminal 4b.
To 4a may be uniformly energized. By this energization, a magnetic field in the opposite direction to that at the time of writing the information "1" is generated, and downward Abrikosov magnetic flux quanta are accumulated in the information writing area 2a and upward Abrikosov magnetic flux quanta are accumulated in the information writing storage area 2b. To be done. It is similar to the case of writing the information "1" that the magnetic flux by these Abrikosov magnetic flux quanta interlinks with the Josephson junction element 22. However, the direction of the magnetic flux in this case is opposite.

このように、本実施例装置によると、情報書込記憶手段
1が2つの領域となって広がったために、記憶状態にお
けるアブリコソフ磁束量子による磁場が「1」「0」い
ずれの場合も大きくなり、検出感度を一層向上させるこ
とができる。なお、情報読出操作は第1の実施例と同様
であるのでその説明は省略する。
As described above, according to the apparatus of this embodiment, since the information writing / storing means 1 spreads into two regions, the magnetic field by the Abrikosov magnetic flux quantum in the stored state becomes large in both cases of “1” and “0”. The detection sensitivity can be further improved. The information reading operation is the same as that in the first embodiment, and therefore its explanation is omitted.

第6図はさらに他の実施例を示す平面配置図であり、第
7図はそのVII−VII断面図である。第6図および第7図
において、第4図および第5図と同一若しくは相当部分
には同一の符号を付してある。本実施例では第4図およ
び第5図に示す第2の実施例における情報書込記憶手段
1の情報書込記憶領域2aおよび2bの幅をジョセフソ
ン接合素子22のトンネル障壁層25近傍において狭く
し、さらに、ジョセフソン接合素子22の下部電極であ
る超伝導体層32の情報書込記憶領域2aおよび2bに
面した部分のトンネル障壁層25近傍を狭くしたもので
ある。
FIG. 6 is a plan layout view showing still another embodiment, and FIG. 7 is a VII-VII sectional view thereof. In FIGS. 6 and 7, the same or corresponding parts as those in FIGS. 4 and 5 are designated by the same reference numerals. In this embodiment, the width of the information writing storage areas 2a and 2b of the information writing storage means 1 in the second embodiment shown in FIGS. 4 and 5 is narrowed in the vicinity of the tunnel barrier layer 25 of the Josephson junction element 22. Further, the vicinity of the tunnel barrier layer 25 of the portion of the superconductor layer 32, which is the lower electrode of the Josephson junction element 22, facing the information write storage areas 2a and 2b is narrowed.

この装置における情報の書き込みおよび読み出しの基本
動作は第2の実施例と同じである。しかし、すでに述べ
たように書込動作におけるアブリコソフ磁束量子の侵入
は超伝導体層32により規制されることから、トンネル
障壁層25近傍で超伝導体層32がくびれている本実施
例では、このくびれ部によって囲まれた情報書込記憶領
域2aおよび2bにアブリコソフ磁束量子が集中して蓄
積される。したがって、小さい書込電流でアブリコソフ
磁束量子を飽和させることができ、低電力化、高速化が
可能となる。また、情報書込記憶手段1の情報書込記憶
領域2aおよび2bの幅をジョセフソン接合素子22の
トンネル障壁層25近傍において狭くしているので、こ
の部分での電流密度が増加する。そのため情報書込記憶
領域2aおよび2bで発生する磁場が強くなり、低電流
でアブリコソフ磁束量子を内部発生させることができ
る。
The basic operations of writing and reading information in this device are the same as in the second embodiment. However, as described above, the invasion of the Abrikosov magnetic flux quantum in the writing operation is restricted by the superconductor layer 32. Therefore, in the present embodiment in which the superconductor layer 32 is constricted in the vicinity of the tunnel barrier layer 25, Abrikosov magnetic flux quanta are concentrated and accumulated in the information writing storage areas 2a and 2b surrounded by the constricted portion. Therefore, the Abrikosov magnetic flux quantum can be saturated with a small write current, and low power consumption and high speed can be achieved. Further, since the widths of the information writing storage areas 2a and 2b of the information writing storage means 1 are narrowed in the vicinity of the tunnel barrier layer 25 of the Josephson junction element 22, the current density in this portion increases. Therefore, the magnetic field generated in the information writing storage areas 2a and 2b becomes strong, and the Abrikosov magnetic flux quantum can be internally generated with a low current.

なお、上記3つの実施例ではジョセフソン接合素子とし
て第8図(A)の概念図に示すように単一のトンネル障
壁層25を持つものを用いているが、同図(B)に示す
ようにトンネル障壁層を2つ持ついわゆるスクイド(SQU
ID)形のものを用いてもよい。同図において26,2
6′は上部電極、25,25′はトンネル障壁層、3
2,32′は下部電極であり、スクイド形を用いる場合
にはアブリコソフ磁束量子による磁束(破線矢印)が中
央の空間を横切るように構成することにより、閾値特性
を変化させることができる。
Although the Josephson junction element having the single tunnel barrier layer 25 as shown in the conceptual diagram of FIG. 8A is used in the above-mentioned three embodiments, as shown in FIG. A so-called SQUID (SQU) with two tunnel barrier layers
ID) type may be used. In the figure, 26, 2
6'is an upper electrode, 25 and 25 'are tunnel barrier layers, 3
Numerals 2 and 32 'are lower electrodes, and in the case of using the SQUID type, the threshold characteristic can be changed by configuring the magnetic flux (broken line arrow) by the Abrikosov magnetic flux quantum so as to cross the central space.

また、第3の実施例において、ジョセフソン接合素子2
2の下部電極32にくぼみ部を設けることにより情報書
込記憶領域2aおよび2bを規制したが、該実施例の下
部電極32と同形状になるように超伝導体層2に部分的
に厚みをもたせれば、下部電極32をこのような特殊形
状にすることなく同様の効果を得ることができる。
Also, in the third embodiment, the Josephson junction device 2
Although the information writing storage areas 2a and 2b are regulated by providing the recessed portion in the second lower electrode 32, the superconductor layer 2 is partially thickened so as to have the same shape as the lower electrode 32 of the embodiment. If it is provided, the same effect can be obtained without the lower electrode 32 having such a special shape.

また、第2および第3の実施例では、情報書込記憶領域
2aおよび2bはジョセフソン接合素子22に対して等
距離の位置に同一面上に配しているが、両領域に蓄積さ
れたアブリコソフ磁束量子がつくる磁場がジョセフソン
接合素子22と相加的に鎖交する配置であれば等距離で
なくてもよく、また、3次元的に設けてもよい。
In addition, in the second and third embodiments, the information writing storage areas 2a and 2b are arranged on the same plane at positions equidistant from the Josephson junction element 22, but they are accumulated in both areas. The magnetic fields created by the Abrikosov magnetic flux quanta need not be equidistant, and may be provided three-dimensionally, as long as the magnetic fields created by the Abrikosov magnetic flux quanta are such that the magnetic fields are additively linked to the Josephson junction element 22.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明の超伝導記憶装置によれば、
情報書込記憶手段を構成する超伝導体層に与える電流の
向きによって情報書込記憶手段の超伝導体層自身に記憶
情報の「1」または「0」に対応する上向きまたは下向
きのアブリコソフ磁束量子を選択的に保持させるもので
あり、上向きのアブリコソフ磁束量子を保持する場合で
あっても下向きのアブリコソフ磁束量子を保持する場合
であっても書込前の記憶状態のアブリコソフ磁束量子を
対消滅させたうえでさらに飽和状態となるまで書き込む
ので、アブリコソフ磁束量子の有無を情報要素とする従
来のアブリコソフ磁束量子記憶装置のように書込時に記
憶内容をそのつど確認したうえで磁束量子を過不足なく
正確に対消滅させることは不要である。したがって、書
込操作が簡単となるばかりでなく、書込動作マージンを
広くとることができる。そのうえ、残留するアブリコソ
フ磁束量子の蓄積による誤動作もない。
As described above, according to the superconducting memory device of the present invention,
An upward or downward Abrikosov flux quantum corresponding to "1" or "0" of stored information in the superconductor layer itself of the information writing / storing means depending on the direction of the current applied to the superconductor layer constituting the information writing / storing means. Is selectively retained.Even if the upward Abrikosov magnetic flux quanta are retained or the downward Abrikosov magnetic flux quanta are retained, the Abrikosov magnetic flux quanta in the memory state before writing are pair-disappeared. Since the data is written until the saturation state is reached, the contents of the magnetic flux are confirmed in each case at the time of writing like a conventional Abrikosov magnetic flux quantum storage device that uses the presence or absence of the Abrikosov magnetic flux quantum as an information element. Exact pair annihilation is not necessary. Therefore, not only the writing operation becomes simple, but also the writing operation margin can be widened. Moreover, there is no malfunction due to accumulation of residual Abrikosov flux quanta.

さらに、情報書込専用の信号線が不要であるので、高集
積化が容易であり、また、書込電流がローレンツ力によ
りすでに内部発生したアブリコソフ磁束量子を高速で情
報読出手段側に移動させるので書込速度が極めて速い。
Furthermore, since a signal line dedicated to information writing is not required, high integration is easy, and the write current moves the Abrikosov magnetic flux quantum already internally generated by the Lorentz force to the information reading means side at high speed. Writing speed is extremely fast.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す平面配置図、第2図は
そのII−II断面図、第3図はジョセフソン接合素子22
の閾値特性を示す図、第4図は本発明の他の実施例を示
す平面配置図、第5図はそのV−V断面図、第6図は本
発明のさらに他の実施例を示す平面配置図、第7図はそ
のVII−VII断面図、第8図はジョセフソン接合素子の概
念を示す斜視図、第9図は従来のアブリコソフ磁束量子
記憶装置を示す斜視図である。 1……情報書込記憶手段、2……超伝導体層、2a,2
b……情報書込記憶領域、21……情報読出手段、22
……ジョセフソン接合素子、34……制御線。
FIG. 1 is a plan layout view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II thereof, and FIG. 3 is a Josephson junction element 22.
Showing the threshold characteristic of the present invention, FIG. 4 is a plan view showing another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a VV sectional view thereof, and FIG. 6 is a plane showing another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a layout view, FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII, FIG. 8 is a perspective view showing the concept of a Josephson junction element, and FIG. 9 is a perspective view showing a conventional Abrikosov magnetic flux quantum memory device. 1 ... Information writing / storing means, 2 ... Superconductor layer, 2a, 2
b ... Information writing storage area, 21 ... Information reading means, 22
...... Josephson junction element, 34 ...... Control line.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】情報に対応している電流が供給されること
によって磁場を発生しこの磁場によってアブリコソフ磁
束量子を内部発生しそのアブリコソフ磁束量子を前記磁
場を取り除いた状態でも自己保持する超伝導体層を有す
る情報書込記憶手段と、前記情報書込記憶手段の超伝導
体層に自己保持されているアブリコソフ磁束量子のつく
る磁場に感応する少なくともひとつ以上のジョセフソン
接合素子および前記ジョセフソン接合素子におけるアブ
リコソフ磁束量子による磁場と平行な成分を有する磁場
を発生する制御線を有する情報読出手段とを具備する超
伝導記憶装置
1. A superconductor which generates a magnetic field by supplying a current corresponding to information, internally generates an Abrikosov magnetic flux quantum by the magnetic field, and self-holds the Abrikosov magnetic flux quantum even when the magnetic field is removed. Information writing and storing means having a layer, at least one Josephson junction element and the Josephson junction element sensitive to a magnetic field created by Abrikosov flux quanta self-held in a superconductor layer of the information writing and storing means Information read means having a control line for generating a magnetic field having a component parallel to the magnetic field due to the Abrikosov flux quantum in
【請求項2】情報書込記憶手段の超伝導体層が情報読出
手段のジョセフソン接合素子近傍において狭くなってい
る特許請求の範囲第1項記載の超伝導記憶装置。
2. The superconducting memory device according to claim 1, wherein the superconductor layer of the information writing and storing means is narrowed near the Josephson junction element of the information reading and storing means.
【請求項3】情報読出手段のジョセフソン接合素子の少
なくとも一方の電極が情報書込記憶手段の超伝導体層に
積層されるように形成され、前記電極が部分的にくびれ
ている特許請求の範囲第1項記載の超伝導記憶装置。
3. At least one electrode of the Josephson junction element of the information reading means is formed so as to be laminated on the superconductor layer of the information writing and storing means, and the electrode is partially constricted. A superconducting memory device according to claim 1.
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