Was ist supraleitende Digitalelektronik?


Die Existenz eines magnetischen Flussquants in einer supraleitenden Leiterschleife wurde 1950 erstmals von Fritz London vorhergesagt. Im Jahre 1961 gelang Doll und Näbauer an der TU München und etwa zeitgleich Deaver und Fairbanks an der Stanford Universität der experimentelle Nachweis dieser Theorie. Sie konnten eine Quantisierung des magnetischen Flusses in einem Ring aus supraleitenden Blei messen. Kurz darauf begann 1962 mit der Vorhersage des Josephson-Effektes  eine neue Epoche in der Geschichte der Supraleitung. Der Josephson-Kontakt  als aktives Bauelement versprach bezüglich Geschwindigkeit und Energieverbrauch ungeahnte Möglichkeiten für eine neue supraleitende Schaltungstechnik. Seine Entdeckung ist vergleichbar mit der Entdeckung des Transistors. Alle Versuche zur Nutzung dieses Effektes beschränkten sich zu Beginn auf eine Art Kopie der Spannungslogik (engl. latching logic), wobei man den Josephson-Kontakt als direkten Ersatz für den Transistor betrachtete. Im Jahre 1985 präsentierte eine Gruppe von Wissenschaftlern der Staatlichen Universität Moskau einen Vorschlag für eine neue digitale supraleitende Schaltungsfamilie, die es erstmalig möglich machte, das volle Potential der enorm hohen Schaltgeschwindigkeit auszunutzen. Sie wird als supraleitende Einzelflussquantenelektronik (engl. Rapid Single Flux Quantum, RSFQ) Technik bezeichnet. Sie beinhalte die Eigenschaften der Quantisierung des magnetischen Flusses und ist dadurch intrinsisch digital. Der magnetische Fluss in den supraleitenden Schleifen kann nur ganzzahlige Vielfache des magnetischen Flussquants annehmen  und wird zur Darstellung der Information verwendet. Da als Träger der Informations für ein Bit lediglich ein Flussquant verwendet wird, ist der mit einem Schaltvorgang verbundene Energieumsatz extrem gering und gerade hier liegt heute das Potential dieser Logikfamilie. Im Vergleich ist eine supraleitende Digitalschaltung etwa 10 mal schneller und benötig dabei nur 1/10000 des Energiebedarfs einer vergleichbaren CMOS Schaltung.




Entwurf supraleitender Digitalelektronik:
RSFQ design group Ilmenau



ISO zertifizierte Herstellungsstätte für supraleitende Elektronik:
Jena Superconductive Electronics Foundry


Hinweise und Anregungen zur Seite an: webmaster@rsfq.de