Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Unsere Aktivitäten sind auf die Untersuchung von normal- und supraleitenden Schaltungen metallischer Strukturen gerichtet, die ein aus der Quantennatur der beiden konjugierten Variablen - der elektrischen Ladung Q und des magnetischen Flusses  - resultierendes Verhalten aufweisen. Die Kontrolle einzelner Quanten der Ladung (e und 2e) und des Flusses ( = h/2e) ermöglicht den Entwurf von elektronischen Baugruppen, die Wege zur Realisierung fundamentaler Quantennormale für elektrische Größen und Systeme zur Verarbeitung digitaler Information eröffnen. Der Betrieb ladungs-basierter Schaltungsanordnungen nutzt entweder das Prinzip des Einzelelektronen-Tunnelns (SET) in normalleitenden Schaltungen, oder das Prinzip des Josephson-Tunnelns einzelner Cooper-Paare (jedes einzelne Paar als Träger der Ladung 2e) in supraleitenden Schaltungen. Der Betrieb von Einzelflussquantenschaltungen, sogen. RSFQ-Schaltungen ("R" steht für "Rapid" und kennzeichnet die potenziell hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit dieser Schaltungsklasse) basiert auf dem dynamischen Verhalten überdämpfter Josephson-Kontakte.

Die Hauptaufgaben der Arbeitsgruppe sind:

• Entwurf und Herstellung von Einzelelektronenschaltungen, den sogen. R-Pumpen und Auslese-Transistoren, die - auf der Basis exakten Abzählens der Elektronen - zur Implementierung eines Quantennormals der Kapazität eingesetzt werden
  
  
• Entwicklung und Untersuchung von supraleitenden Cooperpaar-Schaltungen in 1D-array Konfiguration mit dem Ziel der Realisierung schnell getakteten Einzelpaar-Tunnels
  
  
• Entwicklung spezieller Einzelflussquantenschaltungen, die mit Josephson-Quantenbitschaltungen und Einzel-Cooperpaarschaltungen integriert werden und mit dem Ziel ihrer effizienten Kontrolle und beim Auslesen