Когерентные и некогерентные сверхпроводниковые терагерцовые детекторы на основе тонких пленок NbN и YBaCuO

• Автор: Меледин, Денис Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 177 с. : ил

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Обзор литературы

§1.1 Супергетеродинные приемники субмиллимегрового диапазона длин волн на основе ДБШ и СИС

§1.2 Эффект электронного разогрева в сверхпроводниках

§1.3 Смесители на электронном разогреве с фононным каналом охлаждения

§1.4 Соотношения Джозефсона

§1.5 YBaCuO ДП на бикристаллической подложке

§1.6 Выводы и постановка задачи

Глава 2 Экспериментальные установки и методики

измерений
§2.1 Технологические аспекты изготовления NbN смесителей и ВТСП джозефсоновских переходов на бикристаллической подложке
2.1.1 Волноводные NbN смесители
2.1.2 ВТСП джозсфсоновскис переходы на бикристаллических подложках
§2.2 Методика измерения шумовой температуры NbN HEB смесителей
§2.3 Методика измерения полосы преобразования волноводных NbN смесителей.

2.3.1 Традиционная схема с двумя монохроматическими источниками
2.3.2 Модуляционная методика измерений
§2.4 Определение основных электрофизических параметров ДП
§2.5 Исследование детекторного отклика ДП на бикристаллических подложках в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне волн
§2.6 Заключение
Глава 3 Шумовая температура волноводных NbN смесителей терагерцового
диапазона
§3.1 Шумовая температура волноводных NbN смесителей на частоте гетеродина 1-1.27 ТГц

§3.2 Волноводный NbN приемник, установленный на терагерцовом телескопе
Смитсоновской Астрофизической Обсерватории
§3.3 Шумовая температура волноводных N614 смесителей на частоте гетеродина 1.5 ТГн
§3.4 Выводы
Глава 4 Полоса преобразования волноводного NbN НЕВ смесителя на частотах 0.8 ТГц и 1.2 ТГц.

§4.1 Измерение полосы преобразования смесителей на частоте 0.8 ТГц и 1.27 ТГц
для NbN волноводных смесителей двух видов
§4.2 Зависимость полосы преобразования смесителей от напряжения смещения смесителя
§4.3 Возможности увеличения полосы преобразования смесителей
§4.4 Выводы
Глава 5 Исследование СВЧ отклика ВТСП ДП на бикристаллических подложках
§5.1 Характеристики ВТСП ДП на бикристаллической подложке
§5.2 СВЧ свойства ВТСП ДП и ПДП на бикристаллической подложке
§5.3 Выводы
Заключение
Список публикаций автора
Литература

Введение
Изучение межпланетного и межзвездного пространства происходит, главным образом, на основании исследования их электромагнитного излучения. За годы своего развития радиоастрономия обогатила человечество знаниями о природе явлений, происходящих внутри космических объектов и окружающего пространства. По мере развития технологии появились возможности проводить измерения в ранее недоступных субмиллиметро-вой (субмм) и дальней инфракрасной области спектра (дальняя ИК) с длинами волн от 100 до 1000 мкм (300 ГГц—3 ТГц), именуемой терагерцовым диапазоном. В этом диапазоне спектр излучения Вселенной включает в себя порядка 40 тыс. отдельных линий, но произвести наблюдения удалось только нескольких тысяч из них [1, 2]. В силу того, что основные исследуемые объекты имеют температуру порядка 100 К, максимум их спектра излучения находится именно в этих областях спектра. По данным, полученным в рамках проекта NASA Cosmic Background Explorer (СОВЕ), излучение, приходящееся на субмиллиметровый и дальний инфракрасный диапазоны, составляет около половины регистрируемой яркости наблюдаемых галактик, включая Млечный путь [3]. Характерные линии излучения атомов и молекул, таких как С+ (1.9 ТГц) - самой яркой линии в Млечном пути в ТГц диапазоне, воды, СО могут дать исчерпывающую информацию об областях формирования звезд, где окружающий их газ облучается горячей молодой звездой.
Вращательные переходы молекул некоторых газов, находящихся в атмосфере и верхней тропосфере, таких как вода, кислород, хлор, соединения азота могут служить для мониторинга целостности озонового слоя, и причин его разрушения; глобального потепления и загрязнения атмосферы.
Проведение радиоастрономических наблюдений с поверхности Зем-

вых функций одного сверхпроводящего электрода в другой и в области контакта происходит интерференция волновых функций, приводящая к появлению тока сверхпроводящих электронов (сверхтока), зависящего от разности фаз волновых функций в двух электродах.
Б. Джозефсон показал [16], что сверхток 15 подчиняется следующим закономерностям:
где /с - критический ток, (р - разность фаз параметров порядка электродов, V — напряжение смещения [109].
Соотношение (1.21) называется стационарным эффектом Джозефсо-на: сверхток через ДП, обусловленный разностью фаз между двумя связанными сверхпроводниками, может существовать и в отсутствие напряжения смещения. Качественно этот эффект можно представить как распространение сверхпроводящих свойств на всю структуру, включая барьер. Соотношение (1.22) выражает нестационарный эффект Джозефсона При приложении к ДП ненулевого постоянного напряжения смещения V разность фаз (р линейно растет:
с частотой со = 2еУ/Н. Таким образом, имеет место собственная джо-зефсоновская генерация, частота которой определяется только приложенным к ДП постоянным напряжением. Отношение между частотой возникающего тока и приложенным напряжением равно:
/, = С ът(<р),
(1.21)

(1.22)
<Р = <Ро+=ГУ1,

(1.23)
что приводит к осцилляциям сверхтока С (1.20):
(1.24)