Физические процессы в сверхпроводящих туннельных детекторах ядерных излучений

• Автор: Андрианов, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 387 с. : ил.

Оглавление

Общая характеристика работы
1. Актуальность темы
2. Цель работы
3. Основные положения, выносимые на защиту
4. Новизна основных результатов
5. Научная и практическая ценность работы
6. Достоверность результатов
7. Личный вклад автора
8. Апробация результатов работы
9. Структура и объем диссертации. Краткое содержание работы по главам
10. Публикации
11. Список обозначений физических величин
Глава 1. Введение в сверхпроводящие туннельные детекторы
1.1. Принцип действия сверхпроводящих туннельных детекторов
1.2. Амплитуда сигнала и энергетическое разрешение сверхпроводящих
туннельных детекторов
1.3 Энергетические ловушки
1.4. Многократное туннелирование квазичастиц
Глава 2. Методика эксперимента
2.1. Методика изготовления туннельных детекторов
2.1.1. Общие требования к разработке СТП-детекторов
2.1.2. Тестовое устройство для испытания СТП-детекторов (чип)
2.1.3. Методика изготовления СТП-детекторов
2.2. Экспериментальная аппаратура для изучения туннельных детекторов
2.2.1. Держатель чипа. Электроконтакты
2.2.2. Криогенная вставка в транспортный гелиевый дьюар
2.2.3. Установка для изучения СТП-детекторов при температурах 1.3-4.2 К.
2.2.4. Измерительные электросхемы установки с гелиевым криостатом
2.2.5. Электромагнитные наводки и помехи
2.2.6. Экранировка магнитных полей
2.2.7. Радиоактивные источники

2.2.8. Программное обеспечение
Глава 3. Вольт-амперные характеристики СТП детекторов
3.1. Основные параметры ВАХ СТП-детекторов
3.2. Подавление постоянного джозефсоновского туннельного тока
магнитным полем
3.3 Ступеньки Фиски
3.3.1 Общие вопросы. Моды Фиски в квадратных СТП
3.3.2. Моды Фиски в ромбических СТП-детекторах
3.4. Сверхпроводящая щель в многослойном электроде. Теория Близости
3.4.1. Теория близости (литературный обзор)
3.4.2. Зависимость ширины сверхпроводящей щели Дй
от толщины слоя А
3.5. Квазичастичный туннельный ток
3.5.1. Туннельный ток в теории БКШ
3.5.2. ВАХ СТП-детекторов при Т=4.2 К (эксперимент)
3.5.3. ВАХ СТП-детекторов при Т-1.3 К (эксперимент)
3.5.4. Температурная зависимость туннельного тока
3.6. Выводы
Глава 4. Анализ сигналов СТП-детекторов
4.1. Методика анализа сигналов
4.2. Сигнал СТП-детектора (теория)
4.2.1. Амплитуда сигналов СТП-детекторов
4.2.2. Временная форма сигналов СТП-детекторов
4.3. Сигнал СТП-детекторов (эксперимент)
4.3.1. Амплитуда сигналов в асимметричном СТП-детекторе
4.3.2. Временная форма сигналов СТП-детекторов.
Влияние обмена 2А-фононами
4.4. Улучшение параметров СТП-детекторов
4.5. Выводы

Глава 5. Собственная ширина линии и электронные шумы СТП-детекторов
5.1. Собственная ширина линии СТП-детекторов
5.1.1. Ширины линия в условиях многократного туннелирования квазичастиц. (Литературный обзор)
5.1.2. Временная зависимость туннельных шумов. Фононный вклад. (Литературный обзор)
5.1.3. Собственная ширина линии с учетом конкуренции электронного
и дырочного каналов туннелирования, (общий случай)
5.2. Электронные шумы сверхпроводящих туннельных детекторов
5.2.1. Спектр шумов туннельных детекторов
5.2.2. Фильтрация сигнала. Эквивалентный шумовой заряд
5.2.3. Фильтрация сигналов с помощью ЛС фильтров
5.2.4 Анализ шумов реальных СТП-детекторов
5.3. Выводы
Глава 6. Диффузионная модель СТП-детектора
6.1 .Основные экспериментальные данные относительно энергетического
разрешения СТП-детекторов
6.2. Основные физические процессы в СТП-детекторах
6.2.1. Спектры поглощенной энергии. Вылет фотоэлектронов
6.2.2. Пики вылета
6.2.3. Образование начального пятна
6.2.4. Схема основных процессов в СТП-детекторах
6.3 Диффузионное уравнение движения неравновесных квазичастиц
6.4. Историческая справка
6.5. Диффузионная модель с краевыми потерями квазичастиц для СТП-детекторов с одним активным электродом квадратной формы
6.5.1. Аналитическое решение для одного электрода (ОД. Ьийеп)
6.5.2 Модельные расчеты и форма спектральной линии для одного активного электрода
6.6. Диффузионная модель для СТП-детекторов с двумя одинаковыми активными электродами прямоугольной формы
6.6.1. Аналитическое решение системы двух дифференциальных уравнений для идентичных электродов (Ь. Раг1аЮ)

Электронный канал практически закрыт. Основным является дырочный канал, когда квазичастица туннелирует в направлении противоположном приложенному напряжению, однако, дает положительный вклад в туннельный ток, т.к. туннелируют как дырки и имеют положительный заряд. Ток из 2-ого электрода дается выражением:
12(0 = е-уТ2М2(0 (1-13)
где ут2 и N2(0 - константа туннелирования и число квазичастиц во 2-электроде.
Суммарный туннельный ток равен сумме токов из 1-ого и 2-ого электродов. Собранный заряд равен интегралу по времени от суммы токов:

е = е, + в2 =р,(0<* + (1-14)

Эволюцию неравновесных квазичастиц в электродах СТП-детектора можно описать системой линейных дифференциальных уравнений, аналогичных уравнению (1-4). Уравнения описывают уменьшение числа квазичастиц в электроде за счет туннелирования и процессов гибели и увеличение числа квазичастиц в электроде за счет туннелирования из противоположного электрода:
^1 =-ггД(0-Г/.ЛО) + Гт2^(
М2 =-^2^2(0 -Гцм2(0 + 7пМ(0. (1-15)
где уц и ун- скорости потерь квазичастиц в Сом и 2-ом электродах, соответственно.
Начальные условия системы (1-15) соответствуют поглощению кванта в Сом электроде:
ЛГ(/ = 0) = 7У0, ЛГ2(г = 0) = 0 (1-16)
Данная система уравнений имеет аналитическое решение, которое будут рассмотрено в дальнейшем (глава 4). В этом параграфе получим выражение для собранного заряда 0- Для этого проинтегрируем по времени от 0 до оо каждое из двух уравнений (1-15). Учтем, что
СО со
^N^1 = -Ы0 и |ЛДсЙ = О

В результате получим систему алгебраических уравнений относительно О: и £>2:
е^о=0(1 + — )-в2 (1-17)