Multilayered Heater Nanocryotron: A Superconducting-Nanowire-Based Thermal Switch

Abstract

We demonstrate a multilayer nanoscale cryogenic heater-based switch (M-hTron) that uses a normalmetal heater overlapping a thin-film superconductor separated by a thin insulating layer. The M-hTron eliminates leakage current found in three-terminal superconducting switches and applies heat locally to the superconductor, reducing the energy required to switch the device. Modeling using the energy-balance equations and the acoustic mismatch model demonstrates reasonable agreement with experiment. The M-hTron is a promising device for digital superconducting electronics that require high fan-out and offers the possibility of enhancing readout for superconducting-nanowire single-photon detectors.

Compact and Tunable Forward Coupler Based on High-Impedance Superconducting Nanowires

“…For example, a high-impedance single-pole double-throw nonlinear switch could be realized based on this coupler architecture. Tunability with temperature may become practical if a heater element, normal or superconducting [55,56], is fabricated in close proximity to the coupling section. For quantum computers, the distribution of signals during large-scale integration can suffer from changes in basic operating parameters.…”

A superconducting nanowire-based architecture for neuromorphic computing

“…The building blocks of the hardware architecture are superconducting nanowires [22] and hTrons [23]. In a superconducting nanowire biased with a current, superconductivity breaks down when the current when the current exceeds the critical current I c .…”

“…The hTron is a circuit element that acts as a thermally activated switch. It consists of a superconducting nanowire (the channel), placed in close proximity to a resistive element (the gate) [23]. When the channel is biased by a current below its threshold I c,h , heat dissipated by the gate can increase the temperature of the channel and break superconductivity.…”

Создание элементов из NbN для логических устройств классических криокомпьютеров

“…Основным отличием элемента nTron от разрабатываемых в НИЦ " Курчатовский институт" бесконтактных переключателей состоит в том, что в них реализуется гальваническая связь между входным и выходными сигналами, что приводит к эффекту растекания токов при последовательном соединении многокаскадных устройств, что затрудняет создание стабильных схем на их основе. Наиболее близким к нашей разработке является созданный в этой группе бесконтактный элемент hTron [5]. В элементе hTron отсутствует гальваническая связь между нанопроводами, а управление протеканием тока через основной нанопровод осуществляется бесконтактным образом путем нагрева от участка управляющего нанопровода после его перехода в нормальное XXV Международный симпозиум " Нанофизика и наноэлектроника" состояние.…”