Kryoelektronik

 
Supraleitende Schaltungen für die Quantenelektronik und QuantensensorikBioinspirierte Neuromorphe Elektronik
 

Supraleitende Schaltungen für die Quantenelektronik und Quantensensorik

Die Forschungen auf dem Gebiet der verlustleistungsarmen Hochgeschwindigkeitselektronik sind die traditionsreichsten unseres Fachgebiets. Aus diesem Grund nehmen wir einen global führenden Platz bei integrierten Einzelflussquantenschaltugen ein. Aus der einzigartigen Kombination von sehr hohen Taktraten mit sehr geringem Energieverbrauch beim Wechsel logischer Zustände ergibt sich für diese Technologie ein vielversprechendes Potenzial für die Realisierung energieeffizienter Signalverarbeitungs- und Rechenmodule. Folglich leistet unser Fachgebiet mit diesen Arbeiten einen Beitrag sowohl zur Grundlagenforschung im Bereich des Entwurfs zukünftiger elektronischer Bauelemente und Schaltungen als auch zur ingenieurtechnischen Aufbereitung physikalischer Wirkprinzipien in innovative Anwendungen. Somit dienen unsere Forschungsarbeiten zu dieser Schaltungsfamilie auch der Entwurfsautomatisierung für die Mikroelektronik - Beyond Complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS).

Es sei darauf hingewiesen, dass unser Fachgebiet das Prädikat Entwurfszentrum in einem europäischen Forschungsnetzwerk der Supraleitungselektronik (FLUXONICS) trägt, welches als Indikator für die Qualität unserer Forschungen anzusehen sei. Im Rahmen dieses Forschungsnetzwerkes und dem von der europäischen Union geförderten Projektes S-PULSE ist unter unserer Mitwirkung eine europäische Forschungsroadmap entstanden, mit deren Hilfe die wesentlichen Erkenntnisse Anwendern sowie Fachkollegen zugänglich gemacht worden sind. Darin werden aus der Analyse des erreichten Standes im Weltmaßstab (doi.org/10.1016/j.physc.2010.07.005) Ziele für die weiterhin erforderlichen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten auf dem Weg zu praktischen Umsetzungen ausgewiesen. Darüber hinaus sind wir Mitglied der europäischen FLUXONICS-FOUNDRY.

Die supraleitende Elektronik mit hohen Taktfrequenzen bei relativ einfacher Technologie ist durch einen komplexen Entwurfsprozess mit spezifischen Herausforderungen bei der Modellierung, Simulation und der Layoutgestaltung gekennzeichnet. Hierauf wird auf der Seite Zellbibliothek von Einzelflussquantenschaltungen näher eingegangen.

Bioinspirierte Neuromorphe Elektronik

Mit dem Ziel, energieeffizient Rechenoperationen durchzuführen, forschen wir an der Eignung spezieller physikalischer Effekte für einen Einsatz in elektronischen Bauelementen und integrierten Schaltungen. Dabei nehmen wir Anregung an Prinzipien aus der Natur, wo z.B. die gesamte Hirntätigkeit des Menschen einen Leistungsverbrauch von nur ca. 20 Watt erfordert.

Nichtlineare Phänomene eröffnen hierbei vielversprechende Möglichkeiten zur Realisierung.

So ziegen supraleitende Schaltungen mit Josephson-Kontakten ein Siganlspiel, welches dem auf Nervenbahnen sehr ähnelt. Aktuelle Forschungen zielen auf Wege zur gezielten Ausnutzung zur Signal- und Datenverarbeitung ab.

Weitere Aktivitäten sind der Untersuchung zur Verwendung von Memsristoren in Elektronikschaltungen gewidmet. Hier besteht die Motivation, konzentrierte Speicherblöcke zu vermeiden und - wie in der Biologie -  die Speicherfähigkeit direkt am Schaltelement anzusiedeln.