Многоэлементные синхронные джозефсоновские структуры

• Автор: Арзуманов, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Глава 1. Обзор проблемы исследования
1.1. Многоэлементные джозефсоновские структуры как генераторы
1.2. Условия взаимной синхронизации джозефсоновских переходов
1.3. Джозефсоновские переходы на основе ВТСП
1.4. Постановка задачи
Глава 2. Численное моделирование процессов в многоэлементных
джозефсоновских структурах
2.1. Программный комплекс РБСАИ
2.2. Методика изучения процессов синхронизации
2.3 Метод учета термических флуктуаций при моделировании
джозефсоновских систем
2.4. Применение авторегрессионных методов для анализа спектра
джозефсоновской генерации
Глава 3. Синхронные структуры с сосредоточенными цепями связи
3.1. Область синхронизации
3.1.1. Двухконтактная ячейка с БЯ-цепью связи
3.1.2. Двухконтактная ячейка с модифицированной ТЯ-цепью
3.1.3 4-х контактная интерферометрическая ячейка
3.2 Ширина линии генерации
3.2.1. Одномерные цепочки
3.2.2 Двумерный массив
Глава 4. Синхронные структуры с распределенными цепями связи
4.1. Типы структур
4.2. Нелинейный характер взаимодействия
4.3. Выходная мощность и ширина линии генерации
4.4. Сравнение с экспериментальными данными
Глава 5. Применение параллельных цепочек джозефсоновских элементов для
описания бикристаллических ВТСП переходов
5.1. Бикристаллические джозефсоновские переходы. Технология изготовления
(ИРЭРАН)

5.2. Модель бикристаллического джозефсоновского перехода и ее применение
5.3.1. Ступеньки Шапиро в параллельной цепочке джозефсоновских переходов
5.3.2. Зависимость критического тока от магнитного поля
5.3.3. Аналитическая модель и ее применение
Выводы
Литература
Список публикаций

Актуальность темы
Джозефсоновский переход в резистивном состоянии представляет собой естественный источник электромагнитных колебаний в диапазонах волн от миллиметрового до инфракрасного, перестраиваемый по частоте напряжением. При этом характерные частоты джозефсоновских элементов на основе низкотемпературных сверхпроводников (НТСП) могут достигать значения 1 ТГц, а на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) - значения 10 ТГц и даже выше. Однако, генератор на основе одиночного джозефсоновского перехода имеет ряд принципиальных недостатков: (1) низкое значение выходной мощности (<1мкВт), (и) низкое характерное сопротивление (порядка сопротивление перехода в нормальном состоянии), (ш) широкая линия джозефсоновской генерации.
Использование синхронных одномерных цепочек или двумерных решеток джозефсоновских переходов, например, включенных последовательно, позволяет разрешить противоречие в требованиях к параметрам джозефсоновских переходов как генераторам и получить перспективные источники (фазированные многоэлементные генераторы) узкополосного электромагнитного излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн [1,2]. Особый интерес представляет использование джозефсоновской генерации как источника самонакачки в джозефсоновских структурах [3-5], работающих в режиме сверхчувствительного приема электромагнитного излучения. Оба эти режима использования джозефсоновских структур требуют существенного сужения линии собственной генерации посредством взаимной синхронизации джозефсоновских колебаний отдельных переходов в многоэлементной структуре. При оптимальном соединении джозефсоновских переходов в режиме генерации вполне реальным является получение ширины линии генерации менее 1 МГц при мощности излучения порядка 1 мВт в коротковолновом мм и субмм диапазонах длин волн [6]. В режиме работы приемника с самонакачкой при гелиевых температурах можно ожидать выход на уровень соотношения /г/с > кТ> hf где Т - физическая температура, / - частота сигнала и /с - характерная частота джозефсоновского

Рис. 3.7 Области синхронного режима генерации в элементарной ячейке цепочки "б" в рамках туннельной модели джозефсоновсих переходов на плоскости параметров со и А1с/1с ■ (а) - границы областей синхронизации для различных значений г при р= 10, / = 0.5; (б) - границы областей синхронизации для различных значений / при /7= 10, г = 0.7.
устойчивый режим синхронной генерации наблюдается при малом, но конечном нормированном значении индуктивности / = 0.5. Следует отметить, что /?1-цепи электродинамической связи не только обеспечивают высокочастотное взаимодействие джозефсоновских переходов, но и обуславливают их шунтирование, степень которого зависит от частоты. В случае туннельных джозефсоновских переходов, собственная емкость которых характеризуется значением параметра Маккамбера /?~ 10, эффективная величина параметра Маккамбера джозефсоновских переходов, охваченных епями связи, может быть значительно меньше. В области значений г = 0.7...3, / = 0.3...4, близких к оптимальным величинам параметров цепи связи, эффективная величина параметра Маккамбера оказывается также близкой к оптимальному значению /7 * 1, найденному ранее для структур аналогичного типа [151].
В оптимальном диапазоне значений параметра Маккамбера /? = 5... 15 величина допустимого разброса критических токов туннельных джозефсоновских переходов А1с изменяется относительно слабо. Однако следует иметь в виду, что получаемая амплитуда синхронной генерации в такой цепочке уменьшается с увеличением р. Результаты расчетов, приведенные на рис. 3.8, показывают, что