
【計】 cryotron
cold; cold in manner; shot from hiding
【醫】 algor; cry-; crymo-; cryo-; krymo-; kryo-; psychro-
【機】 leaven
canal; duct; fistula; guarantee; meatus; pipe; tube; wind instrument
【化】 pipe; tube
【醫】 canal; canales; canalis; channel; duct; ductus; salpingo-; salpinx
syringo-; tuba; tube; tubi; tubing; tubo-; tubus; vas; vaso-; vessel
冷子管(Cryotron)是一種基于超導效應控制的電子器件,其核心原理是利用超導材料在臨界溫度下的電阻突變特性實現電流通斷控制。該器件由美國物理學家達德利·艾倫·巴克(Dudley Allen Buck)于1956年在麻省理工學院首次提出,曾被應用于早期計算機存儲系統設計。
從漢英對照角度解析:
結構特性
冷子管由兩條互相纏繞的金屬線構成,其中一條為钽(Tantalum)材料制成的控制線,另一條為铌(Niobium)材料的工作線。當控制線通電産生磁場時,可使工作線在液氦溫度(4.2K)下失去超導性。
工作原理
基于超導體的邁斯納效應(Meissner effect),當環境溫度低于臨界溫度時,工作線呈現零電阻狀态;當控制線電流産生的磁場超過臨界場強時,工作線轉變為正常導電狀态,實現電路開關功能。其狀态方程可表示為: $$ B_c(T) = B_0 left[1 - left(frac{T}{T_c}right)right] $$ 其中$B_c$為臨界磁場強度,$T_c$為臨界溫度。
曆史應用
作為早期低溫電子學的代表性器件,冷子管在1950-1960年代被IBM等公司用于開發磁芯存儲器(Magnetic Core Memory)的驅動電路。據《電子工程史學報》記載,該器件的開關速度可達微秒級,顯著優于當時機械繼電器。
現代關聯
雖然已被半導體器件取代,但冷子管的超導控制原理為後來約瑟夫森結(Josephson Junction)器件的發展奠定基礎,該技術現應用于量子計算機極低溫控制電路設計。
“冷子管”(Cryotron)是一種早期的電子器件,主要用于計算機電路中,其核心原理基于超導材料的特性。以下是詳細解釋:
冷子管利用某些金屬在極低溫下(接近絕對零度)産生的超導效應進行工作。其基本結構通常由兩條金屬線構成:一條是超導材料(如铌),另一條是普通導體(如銅)。當超導材料處于臨界溫度以下時,通過普通導體的電流産生的磁場可以控制超導材料的電阻狀态,從而實現開關功能。
盡管冷子管在早期具有創新性,但其依賴極低溫環境(需液氦冷卻)導緻實際應用成本高昂。隨着半導體技術的發展,晶體管逐漸成為主流,冷子管主要作為超導電子學研究的先驅存在。
需注意“冷子”在中文中另有其他含義(如輕紗或形容人冷漠),但“冷子管”專指上述電子器件,兩者無直接關聯。
總結來看,冷子管是計算機發展史上的重要過渡技術,其超導原理為現代低溫電子學奠定了基礎。
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