近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員陳壘、王鎮(zhèn)提出了一種新型3D nano-SQUID超導(dǎo)存儲器件，發(fā)現(xiàn)利用其特有的偏離正弦函數(shù)的電流-位相關(guān)系。研究結(jié)果以Miniaturization of the Superconducting Memory Cell via a Three-Dimensional Nb Nano-Superconducting Quantum Interference Device為題發(fā)表在ACS Nano期刊上。 

高速超導(dǎo)存儲器是發(fā)展超導(dǎo)高性能計算技術(shù)的核心器件之一。長期以來，由于存儲原理、集成度等原因，超導(dǎo)存儲器經(jīng)歷了漫長而遲緩的發(fā)展進程。在當(dāng)前眾多低溫超導(dǎo)存儲方案中，通過磁通量子存儲數(shù)據(jù)是唯一有可能實現(xiàn)皮秒量級的高速讀寫速度，但是由于超導(dǎo)電路在存儲磁通量子時受到電感條件限制，導(dǎo)致存儲單元物理尺寸（目前60×60 μm2）難以縮小與集成，無法達到實際應(yīng)用需求。 

研究團隊在2016年發(fā)明了一種3D結(jié)構(gòu)的nano-SQUID器件，實現(xiàn)了器件綜合性能的大幅度提升。在此基礎(chǔ)上，團隊通過深入研究3D nano-SQUID器件的物理和電學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)了3D nano-SQUID的電流相位關(guān)系具有偏離約瑟夫森效應(yīng)的正弦函數(shù)關(guān)系，為超導(dǎo)存儲器件研究提供了新的研究思路?；谠撍悸罚芯繄F隊設(shè)計、制備了一種新型3D nano-SQUID超導(dǎo)存儲單元（8×9 μm2），并成功驗證了存儲單元的讀寫功能，實驗驗證了偏離正弦函數(shù)的電流-相位關(guān)系在鎖存磁通量子時可以等效于電路電感，為進一步縮小存儲單元面積提供了科學(xué)依據(jù)。 

陳壘為論文第一作者和通訊作者，王鎮(zhèn)為論文通訊作者。該工作獲得中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、中科院前沿重點項目、中科院青年創(chuàng)新促進會、國家自然基金儀器研發(fā)等項目支持。 

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c04405

3D nano-SQUID超導(dǎo)存儲單元的設(shè)計原理圖和器件照片