Наноэлектронная элементная база информатики. Качественно новые направления

Упражнение 1:

Номер 1

Оцените собственное время переключения криотрона, у которого материал управляемой шины имеет в не сверхпроводящем состоянии удельное сопротивление , толщина изоляционного слоя между шинами  и толщина управляющей шины .

Ответ:

(1) 72,7 пс.

(2) 55,9 пс.

(3) 52,4 пс.

(4) 52,4 пс.

(5) 15,7 пс.

Номер 2

Оцените собственное время переключения криотрона, у которого материал управляемой шины имеет в не сверхпроводящем состоянии удельное сопротивление , толщина изоляционного слоя между шинами  и толщина управляющей шины .

Ответ:

(1) 72,7 пс.

(2) 55,9 пс.

(3) 52,4 пс.

(4) 52,4 пс.

(5) 15,7 пс.

Номер 3

Оцените собственное время переключения криотрона, у которого материал управляемой шины имеет в не сверхпроводящем состоянии удельное сопротивление , толщина изоляционного слоя между шинами  и толщина управляющей шины .

Ответ:

(1) 72,7 пс.

(2) 55,9 пс.

(3) 52,4 пс.

(4) 52,4 пс.

(5) 15,7 пс.

Номер 4

Оцените собственное время переключения криотрона, у которого материал управляемой шины имеет в не сверхпроводящем состоянии удельное сопротивление , толщина изоляционного слоя между шинами  и толщина управляющей шины .

Ответ:

(1) 72,7 пс.

(2) 55,9 пс.

(3) 52,4 пс.

(4) 52,4 пс.

(5) 15,7 пс.

Номер 5

Оцените собственное время переключения криотрона, у которого материал управляемой шины имеет в не сверхпроводящем состоянии удельное сопротивление , толщина изоляционного слоя между шинами  и толщина управляющей шины .

Ответ:

(1) 72,7 пс.

(2) 55,9 пс.

(3) 52,4 пс.

(4) 52,4 пс.

(5) 15,7 пс.

Упражнение 2:

Номер 1

На рисунке показана логическая схема на криотронах. Какую логическую функцию выполняет соответствующая схема?

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 2

На рисунке показана логическая схема на криотронах. Какую логическую функцию выполняет соответствующая схема?

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 3

На рисунке показана логическая схема на криотронах. Какую логическую функцию выполняет соответствующая схема?

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 4

На рисунке показана логическая схема на криотронах. Какую логическую функцию выполняет соответствующая схема?

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 5

На рисунке показана логическая схема на криотронах. Какую логическую функцию выполняет соответствующая схема?

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Упражнение 3:

Номер 1

Рассчитайте напряжение, приложенное к переходу Джозефсона (ПД), и величину постоянного (не сверхпроводящего) электрического тока, протекающего через ПД, если известна частота  джозефсоновской генерации на переходе и электрическое сопротивление ПД для не сверхпроводящего тока.Учтите, что частота  связана с круговой частотой  в формуле (13.8) соотношением .

Ответ:

(1) 15,6 мкВ; 1,04 мкА.

(2) 29,9 мкВ; 460 нА.

(3) 57,2 мкВ; 249 нА

(4) 107 мкВ; 85,2 нА

(5) 210 мкВ; 46,8 нА.

Номер 2

Рассчитайте напряжение, приложенное к переходу Джозефсона (ПД), и величину постоянного (не сверхпроводящего) электрического тока, протекающего через ПД, если известна частота  джозефсоновской генерации на переходе и электрическое сопротивление ПД для не сверхпроводящего тока.Учтите, что частота  связана с круговой частотой  в формуле (13.8) соотношением .

Ответ:

(1) 15,6 мкВ; 1,04 мкА.

(2) 29,9 мкВ; 460 нА.

(3) 57,2 мкВ; 249 нА

(4) 107 мкВ; 85,2 нА

(5) 210 мкВ; 46,8 нА.

Номер 3

Рассчитайте напряжение, приложенное к переходу Джозефсона (ПД), и величину постоянного (не сверхпроводящего) электрического тока, протекающего через ПД, если известна частота  джозефсоновской генерации на переходе и электрическое сопротивление ПД для не сверхпроводящего тока.Учтите, что частота  связана с круговой частотой  в формуле (13.8) соотношением .

Ответ:

(1) 15,6 мкВ; 1,04 мкА.

(2) 29,9 мкВ; 460 нА.

(3) 57,2 мкВ; 249 нА

(4) 107 мкВ; 85,2 нА

(5) 210 мкВ; 46,8 нА.

Номер 4

Рассчитайте напряжение, приложенное к переходу Джозефсона (ПД), и величину постоянного (не сверхпроводящего) электрического тока, протекающего через ПД, если известна частота  джозефсоновской генерации на переходе и электрическое сопротивление ПД для не сверхпроводящего тока.Учтите, что частота  связана с круговой частотой  в формуле (13.8) соотношением .

Ответ:

(1) 15,6 мкВ; 1,04 мкА.

(2) 29,9 мкВ; 460 нА.

(3) 57,2 мкВ; 249 нА

(4) 107 мкВ; 85,2 нА

(5) 210 мкВ; 46,8 нА.

Номер 5

Рассчитайте напряжение, приложенное к переходу Джозефсона (ПД), и величину постоянного (не сверхпроводящего) электрического тока, протекающего через ПД, если известна частота  джозефсоновской генерации на переходе и электрическое сопротивление ПД для не сверхпроводящего тока.Учтите, что частота  связана с круговой частотой  в формуле (13.8) соотношением .

Ответ:

(1) 15,6 мкВ; 1,04 мкА.

(2) 29,9 мкВ; 460 нА.

(3) 57,2 мкВ; 249 нА

(4) 107 мкВ; 85,2 нА

(5) 210 мкВ; 46,8 нА.

Упражнение 4:

Номер 1

Магнитный поток сквозь отверстие сквида с одним переходом Джозефсона (ПД) изменился на малую величину . Рассчитайте, как изменится разность фаз волновой функции куперовских пар электронов на ПД.При изменении магнитного потока сквозь отверстие сквида с одним переходом Джозефсона (ПД) на величину  фаза волновой функции изменяется на . Поэтому при изменении магнитного потока на малую величину  разность фаз изменяется на .

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 2

Магнитный поток сквозь отверстие сквида с одним переходом Джозефсона (ПД) изменился на малую величину . Рассчитайте, как изменится разность фаз волновой функции куперовских пар электронов на ПД.При изменении магнитного потока сквозь отверстие сквида с одним переходом Джозефсона (ПД) на величину  фаза волновой функции изменяется на . Поэтому при изменении магнитного потока на малую величину  разность фаз изменяется на .

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 3

Магнитный поток сквозь отверстие сквида с одним переходом Джозефсона (ПД) изменился на малую величину . Рассчитайте, как изменится разность фаз волновой функции куперовских пар электронов на ПД.При изменении магнитного потока сквозь отверстие сквида с одним переходом Джозефсона (ПД) на величину  фаза волновой функции изменяется на . Поэтому при изменении магнитного потока на малую величину  разность фаз изменяется на .

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 4

Магнитный поток сквозь отверстие сквида с одним переходом Джозефсона (ПД) изменился на малую величину . Рассчитайте, как изменится разность фаз волновой функции куперовских пар электронов на ПД.При изменении магнитного потока сквозь отверстие сквида с одним переходом Джозефсона (ПД) на величину  фаза волновой функции изменяется на . Поэтому при изменении магнитного потока на малую величину  разность фаз изменяется на .

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 5

Магнитный поток сквозь отверстие сквида с одним переходом Джозефсона (ПД) изменился на малую величину . Рассчитайте, как изменится разность фаз волновой функции куперовских пар электронов на ПД.При изменении магнитного потока сквозь отверстие сквида с одним переходом Джозефсона (ПД) на величину  фаза волновой функции изменяется на . Поэтому при изменении магнитного потока на малую величину разность фаз изменяется на .

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Упражнение 5:

Номер 1

На рисунке показана функциональная схема магнитометра постоянного тока на сквиде с двумя переходами Джозефсона. Расшифруйте сокращенное обозначение УОС и коротко объясните его функциональное назначение.

Ответ:

(1) Узел обработки сигналов. Это – электронный узел, который, во-первых, следит за тем, чтобы "рабочая точка" сквида всегда находилась на самом крутом участке сигнальной кривой. Во-вторых, он измеряет падение напряжения на сквиде, усиливает его и формирует пропорциональный выходной сигнал.

(2) Узел обработки сигналов. Он задает величину постоянного тока смещения, оптимальную для работы магнитометра в данных конкретных условиях.

(3) Узел обработки сигналов. Она магнитно связана со сквидом и подает в него дополнительный магнитный поток с таким расчетом, чтобы "рабочая точка" сквида всегда находилась на самом крутом участке сигнальной кривой. Требуемый электрический ток в КЗЗ подается из узла обработки сигналов.

(4) Узел обработки сигналов. С ее помощью можно измерять параметры магнитного поля не только в зоне расположения сквида, а и на некотором расстоянии от него. Изменяя ориентацию рамки, можно измерять разные координатные составляющие магнитного поля.

(5) Узел обработки сигналов. Он расположен вблизи сквида и имеет с ним индуктивную связь. С другой стороны он гальванически соединен с выносной рамкой и поэтому трансформирует все изменения магнитного потока сквозь выносную рамку в контур сквида.

Номер 2

На рисунке показана функциональная схема магнитометра постоянного тока на сквиде с двумя переходами Джозефсона. Расшифруйте сокращенное обозначение ГТС и коротко объясните его функциональное назначение.

Ответ:

(1) Генератор тока смещения. Это – электронный узел, который, во-первых, следит за тем, чтобы "рабочая точка" сквида всегда находилась на самом крутом участке сигнальной кривой. Во-вторых, он измеряет падение напряжения на сквиде, усиливает его и формирует пропорциональный выходной сигнал.

(2) Генератор тока смещения. Он задает величину постоянного тока смещения, оптимальную для работы магнитометра в данных конкретных условиях.

(3) Генератор тока смещения. Она магнитно связана со сквидом и подает в него дополнительный магнитный поток с таким расчетом, чтобы "рабочая точка" сквида всегда находилась на самом крутом участке сигнальной кривой. Требуемый электрический ток в КЗЗ подается из узла обработки сигналов.

(4) Генератор тока смещения. С ее помощью можно измерять параметры магнитного поля не только в зоне расположения сквида, а и на некотором расстоянии от него. Изменяя ориентацию рамки, можно измерять разные координатные составляющие магнитного поля.

(5) Генератор тока смещения. Он расположен вблизи сквида и имеет с ним индуктивную связь. С другой стороны он гальванически соединен с выносной рамкой и поэтому трансформирует все изменения магнитного потока сквозь выносную рамку в контур сквида.

Номер 3

На рисунке показана функциональная схема магнитометра постоянного тока на сквиде с двумя переходами Джозефсона. Расшифруйте сокращенное обозначение КОС и коротко объясните его функциональное назначение.

Ответ:

(1) Катушка обратной связи. Это – электронный узел, который, во-первых, следит за тем, чтобы "рабочая точка" сквида всегда находилась на самом крутом участке сигнальной кривой. Во-вторых, он измеряет падение напряжения на сквиде, усиливает его и формирует пропорциональный выходной сигнал.

(2) Катушка обратной связи. Он задает величину постоянного тока смещения, оптимальную для работы магнитометра в данных конкретных условиях.

(3) Катушка обратной связи. Она магнитно связана со сквидом и подает в него дополнительный магнитный поток с таким расчетом, чтобы "рабочая точка" сквида всегда находилась на самом крутом участке сигнальной кривой. Требуемый электрический ток в КЗЗ подается из узла обработки сигналов.

(4) Катушка обратной связи. С ее помощью можно измерять параметры магнитного поля не только в зоне расположения сквида, а и на некотором расстоянии от него. Изменяя ориентацию рамки, можно измерять разные координатные составляющие магнитного поля.

(5) Катушка обратной связи. Он расположен вблизи сквида и имеет с ним индуктивную связь. С другой стороны он гальванически соединен с выносной рамкой и поэтому трансформирует все изменения магнитного потока сквозь выносную рамку в контур сквида.

Номер 4

На рисунке показана функциональная схема магнитометра постоянного тока на сквиде с двумя переходами Джозефсона. Расшифруйте сокращенное обозначение ВР и коротко объясните его функциональное назначение.

Ответ:

(1) Выносная рамка. Это – электронный узел, который, во-первых, следит за тем, чтобы "рабочая точка" сквида всегда находилась на самом крутом участке сигнальной кривой. Во-вторых, он измеряет падение напряжения на сквиде, усиливает его и формирует пропорциональный выходной сигнал.

(2) Выносная рамка. Он задает величину постоянного тока смещения, оптимальную для работы магнитометра в данных конкретных условиях.

(3) Выносная рамка. Она магнитно связана со сквидом и подает в него дополнительный магнитный поток с таким расчетом, чтобы "рабочая точка" сквида всегда находилась на самом крутом участке сигнальной кривой. Требуемый электрический ток в КЗЗ подается из узла обработки сигналов.

(4) Выносная рамка. С ее помощью можно измерять параметры магнитного поля не только в зоне расположения сквида, а и на некотором расстоянии от него. Изменяя ориентацию рамки, можно измерять разные координатные составляющие магнитного поля.

(5) Выносная рамка. Он расположен вблизи сквида и имеет с ним индуктивную связь. С другой стороны он гальванически соединен с выносной рамкой и поэтому трансформирует все изменения магнитного потока сквозь выносную рамку в контур сквида.

Номер 5

На рисунке показана функциональная схема магнитометра постоянного тока на сквиде с двумя переходами Джозефсона. Расшифруйте сокращенное обозначение ТМП и коротко объясните его функциональное назначение.

Ответ:

(1) Трансформатор магнитного потока. Это – электронный узел, который, во-первых, следит за тем, чтобы "рабочая точка" сквида всегда находилась на самом крутом участке сигнальной кривой. Во-вторых, он измеряет падение напряжения на сквиде, усиливает его и формирует пропорциональный выходной сигнал.

(2) Трансформатор магнитного потока. Он задает величину постоянного тока смещения, оптимальную для работы магнитометра в данных конкретных условиях.

(3) Трансформатор магнитного потока. Она магнитно связана со сквидом и подает в него дополнительный магнитный поток с таким расчетом, чтобы "рабочая точка" сквида всегда находилась на самом крутом участке сигнальной кривой. Требуемый электрический ток в КЗЗ подается из узла обработки сигналов.

(4) Трансформатор магнитного потока. С ее помощью можно измерять параметры магнитного поля не только в зоне расположения сквида, а и на некотором расстоянии от него. Изменяя ориентацию рамки, можно измерять разные координатные составляющие магнитного поля.

(5) Трансформатор магнитного потока. Он расположен вблизи сквида и имеет с ним индуктивную связь. С другой стороны он гальванически соединен с выносной рамкой и поэтому трансформирует все изменения магнитного потока сквозь выносную рамку в контур сквида.

Упражнение 6:

Номер 1

Сигнальная кривая сквида с двумя переходами Джозефсона описывается формулой . Какой дополнительный магнитный поток следует подать в контур сквида через катушку обратной связи, чтобы рабочая точка магнитометра, построенного на этом сквиде, находилась на самом крутом участке сигнальной кривой?При .Дополнительный магнитный поток  должен быть таким, чтобы аргумент , откуда , где целое число k следует выбрать так, чтобы . Значение  надо подставлять в радианах, а при подстановке в градусах делить его не на , а на .

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 2

Сигнальная кривая сквида с двумя переходами Джозефсона описывается формулой . Какой дополнительный магнитный поток следует подать в контур сквида через катушку обратной связи, чтобы рабочая точка магнитометра, построенного на этом сквиде, находилась на самом крутом участке сигнальной кривой?При .Дополнительный магнитный поток  должен быть таким, чтобы аргумент , откуда , где целое число k следует выбрать так, чтобы . Значение  надо подставлять в радианах, а при подстановке в градусах делить его не на , а на .

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 3

Сигнальная кривая сквида с двумя переходами Джозефсона описывается формулой . Какой дополнительный магнитный поток следует подать в контур сквида через катушку обратной связи, чтобы рабочая точка магнитометра, построенного на этом сквиде, находилась на самом крутом участке сигнальной кривой?При .Дополнительный магнитный поток  должен быть таким, чтобы аргумент , откуда , где целое число k следует выбрать так, чтобы . Значение  надо подставлять в радианах, а при подстановке в градусах делить его не на , а на .

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 4

Сигнальная кривая сквида с двумя переходами Джозефсона описывается формулой . Какой дополнительный магнитный поток следует подать в контур сквида через катушку обратной связи, чтобы рабочая точка магнитометра, построенного на этом сквиде, находилась на самом крутом участке сигнальной кривой?При .Дополнительный магнитный поток  должен быть таким, чтобы аргумент , откуда , где целое число k следует выбрать так, чтобы . Значение  надо подставлять в радианах, а при подстановке в градусах делить его не на , а на .

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 5

Сигнальная кривая сквида с двумя переходами Джозефсона описывается формулой . Какой дополнительный магнитный поток следует подать в контур сквида через катушку обратной связи, чтобы рабочая точка магнитометра, построенного на этом сквиде, находилась на самом крутом участке сигнальной кривой?При .Дополнительный магнитный поток  должен быть таким, чтобы аргумент , откуда , где целое число k следует выбрать так, чтобы . Значение  надо подставлять в радианах, а при подстановке в градусах делить его не на , а на .

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Упражнение 7:

Номер 1

Чувствительность сверхпроводящего магнитометра на сквиде с двумя переходами Джозефсона составляет 10^-12 Тл. Какой минимальный градиент индукции магнитного поля можно зарегистрировать с помощью градиометра 1-го порядка, построенного на таком магнитометре, если расстояние  между плоскостями его выносных рамок составляет 2.5 мм.

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 2

Чувствительность сверхпроводящего магнитометра на сквиде с двумя переходами Джозефсона составляет 10^-12 Тл. Какой минимальный градиент индукции магнитного поля можно зарегистрировать с помощью градиометра 1-го порядка, построенного на таком магнитометре, если расстояние  между плоскостями его выносных рамок составляет 1.2 мм.

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 3

Чувствительность сверхпроводящего магнитометра на сквиде с двумя переходами Джозефсона составляет 10^-12 Тл. Какой минимальный градиент индукции магнитного поля можно зарегистрировать с помощью градиометра 1-го порядка, построенного на таком магнитометре, если расстояние  между плоскостями его выносных рамок составляет 0.3 мм.

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 4

Чувствительность сверхпроводящего магнитометра на сквиде с двумя переходами Джозефсона составляет 10^-12 Тл. Какой минимальный градиент индукции магнитного поля можно зарегистрировать с помощью градиометра 1-го порядка, построенного на таком магнитометре, если расстояние  между плоскостями его выносных рамок составляет 25 мкм.

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 5

Чувствительность сверхпроводящего магнитометра на сквиде с двумя переходами Джозефсона составляет 10^-12 Тл. Какой минимальный градиент индукции магнитного поля можно зарегистрировать с помощью градиометра 1-го порядка, построенного на таком магнитометре, если расстояние  между плоскостями его выносных рамок составляет 200 нм.

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Упражнение 8:

Номер 1

Чувствительность сверхпроводящего магнитометра на сквиде с двумя переходами Джозефсона составляет . Рассчитайте минимальное изменение индукции магнитного поля, которое можно зарегистрировать с помощью такого магнитометра, если внутреннее отверстие его сквида представляет собой прямоугольник размерами: . Используйте формулу связи между величиной магнитной индукции, площадью контура и магнитным потоком сквозь него: .

Ответ:

(1) 108 фТл

(2) 1,04 пТл

(3) 108 нТл

(4) 516 нТл

(5) 3,45 мкТл

Номер 1

Чувствительность сверхпроводящего магнитометра на сквиде с двумя переходами Джозефсона составляет . Рассчитайте минимальное изменение индукции магнитного поля, которое можно зарегистрировать с помощью такого магнитометра, если внутреннее отверстие его сквида представляет собой прямоугольник размерами: . Используйте формулу связи между величиной магнитной индукции, площадью контура и магнитным потоком сквозь него: .

Ответ:

(1) 108 фТл

(2) 1,04 пТл

(3) 108 нТл

(4) 516 нТл

(5) 3,45 мкТл

Номер 3

Чувствительность сверхпроводящего магнитометра на сквиде с двумя переходами Джозефсона составляет . Рассчитайте минимальное изменение индукции магнитного поля, которое можно зарегистрировать с помощью такого магнитометра, если внутреннее отверстие его сквида представляет собой прямоугольник размерами: . Используйте формулу связи между величиной магнитной индукции, площадью контура и магнитным потоком сквозь него: .

Ответ:

(1) 108 фТл

(2) 1,04 пТл

(3) 108 нТл

(4) 516 нТл

(5) 3,45 мкТл

Номер 4

Чувствительность сверхпроводящего магнитометра на сквиде с двумя переходами Джозефсона составляет . Рассчитайте минимальное изменение индукции магнитного поля, которое можно зарегистрировать с помощью такого магнитометра, если внутреннее отверстие его сквида представляет собой прямоугольник размерами: . Используйте формулу связи между величиной магнитной индукции, площадью контура и магнитным потоком сквозь него: .

Ответ:

(1) 108 фТл

(2) 1,04 пТл

(3) 108 нТл

(4) 516 нТл

(5) 3,45 мкТл

Номер 5

Чувствительность сверхпроводящего магнитометра на сквиде с двумя переходами Джозефсона составляет . Рассчитайте минимальное изменение индукции магнитного поля, которое можно зарегистрировать с помощью такого магнитометра, если внутреннее отверстие его сквида представляет собой прямоугольник размерами: . Используйте формулу связи между величиной магнитной индукции, площадью контура и магнитным потоком сквозь него: .

Ответ:

(1) 108 фТл

(2) 1,04 пТл

(3) 108 нТл

(4) 516 нТл

(5) 3,45 мкТл

Наноэлектронная элементная база информатики. Качественно новые направления - тест 1