近日，中国 科学院上海微系统与信息技术研究所陈垒研究员、王镇研究员提出了一种新型3D nano-SQUID超导存储器件，并发现利用其特有的偏离正弦函数的电流-位相关系，可以从原理上突破超导存储器的集成度瓶颈。研究结果以题为“Miniaturization of the Superconducting Memory Cell via a Three-Dimensional Nb Nano-Superconducting Quantum Interference Device”的学术论文发表在ACS Nano期刊上（ACS Nano 2020, 14, 11002）。

高速超导存储器是发展超导高性能计算技术的核心器件之一。长期以来，由于存储原理、集成度等原因，超导存储器经历了漫长而迟缓的发展进程。在当前众多低温超导存储方案中，通过磁通量子存储数据是唯一有可能实现皮秒量级的高速读写速度，但是由于超导电路在存储磁通量子时受到电感条件限制，导致存储单元物理尺寸（目前60×60 μm2）难以缩小与集成，无法达到实际应用需求。

上海微系统所王镇、陈垒研究团队在2016年发明了一种3D结构的nano-SQUID器件，实现了器件综合性能的大幅度提升（Nano Letters, 2016, 16, 7726）。在此基础上，团队通过深入研究3D nano-SQUID器件的物理和电学特性，发现了3D nano-SQUID的电流相位关系具有偏离约瑟夫森效应的正弦函数关系，为超导存储器件研究提供了一条新的研究思路。基于这条思路，研究团队设计、制备了一种新型3D nano-SQUID超导存储单元（8×9 μm2），并成功验证了存储单元的读写功能，实验验证了偏离正弦函数的电流-相位关系在锁存磁通量子时可以等效于电路电感，为进一步缩小存储单元面积提供了科学依据。

陈垒研究员在该工作中为第一作者和通讯作者，王镇研究员为通讯作者。该工作获得 中科院先导专项， 中科院前沿重点项目， 中科院青促会，国家自然基金仪器研发等项目支持。 （来源：中国科学院上海微系统与信息技术研究所）

相关论文信息： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c04405

3D nano-SQUID超导存储单元的设计原理图和器件照片