Проскальзывание фазы, поглощение электромагнитного излучения и формирование отклика в детекторах на основе узких полосок сверхпроводников

• Автор: Семенов, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Детектор на кинетической индуктивности

1.2 Явление проскальзывния фазы

1.3 Сверхпроводниковый однофотонный детектор на основе тонкой плёнки 1ЧЬК

Глава 2. Теоретический анализ работы сверхпроводящего детектора микроволнового излучения на кинетической индуктивности

2.1 Модель детектора и формализмация задачи

2.2 Отклик кинетической индуктивности

2.3 Результаты численных расчётов

2.4 Выводы
Глава 3. Проскальзывание фазы в диффузной сверхпроводящей нанопроволоке
3.1 Формализация задачи
3.2 Аналитическое решение в пределе больших магнитных полей
3.3 Результаты расчётов порога свободной энергии
3.4 Выводы
Глава 4. Оптимизация сверхпроводникового однофотонного детектора

4.1 Наблюдение динамики резистивного состояния по откликам детекторов с малой кинетической индуктивностью
4.2 Применение сверхпроводниковых однофотонных детекторов, разрешающих число фотонов, в телекоммуникационных линиях связи
4.3 Выводы
Заключение
Список публикаций автора
Литература
Приложение

Введение
Прогресс, достигнутый в последнее десятилетие в технологии изготовления сверхпроводящих наноструктур, ознаменовал начало нового этапа в развитии сверхпроводниковой электроники, связанного с использованием структур с характерными размерами в плане порядка 100 нм. Среди уже достигнутых практических результатов - реализация джозефсоновских кубитов и других искусственных квантовых систем, создание усилителей и смесителей с чувствительностью, ограниченной квантовым пределом, создание высокочувствительных сверхпроводниковых болометров и однофотонных детекторов с рекордными временными и шумовыми характеристиками. В то же время, переход к работе со структурами нанометровых масштабов сделал актуальными ряд фундаментальных вопросов, связанных с природой и динамикой термодинамических и квантовых флуктуаций, а также некоторых неравновесных явлений в низкоразмерных сверхпроводниках. Разработке находящихся на стыке прикладных и фундаментальных исследований вопросов о фотоиндуцированных неравновесных процессах и о флуктуациях в узких сверхпроводящих полосках и посвящена настоящая диссертационная работа.
Одним из наиболее перспективных сверхпроводниковых детекторов электромагнитного излучения является детектор на кинетической индуктивности (kinetic-inductance detector, KID) [1-3]. Базовая идея заключается в использовании в качестве величины, чувствительной к поглощённой мощности, индуктивности абсорбера вместо его активного сопротивления, что позволяет уйти от шумов Найквиста, - основной составляющей шумов
равновесные распределения Ферми и Бозе соответственно, а <5/(е), 6N(6) -малые неравновесные поправки. После этого в главном приближении функция источника описывается формулой (2.2), в которой функции

распределения заменены на их равновесные значения: /(г) = /р(е), а выражение для электрон - фононного интеграла столкновений дящего в уравнение (2.1), принимает вид6:
, вхо-
е—ріі

= - (тгеі (£) + Б-ес(є)) №)+ (2-5)
е—ріI
+-^- [ йе'{{е — е')2К{е, е')5/(е') + е'2К(е, е — е')5М(е')}.

В формуле (2.5) когерентный фактор К(е. е') — Не С11{е') —
— Ие-Р^е) КеПл(е')/КеОл(е), а скорости релаксации т~е](е) и рекомбинации т~^(е) равны соответственно:

Тге}(£) = ДГ / Ле'(£ - £>)2К(е,£/), (2.6)

Гг^с(£) = —2 [ + £/)2-^(£! ~Є') [/ЯЄ0 + ЛГв(є + Є7)] і

где Л -безразмерная константа электрон - фононного взаимодействия, и>и -частота Дебая.
Линеаризация фонон - электронного кинетического уравнения (2.3) приводит к следующему выражению:
дбЩє)

= - (трД(є) + <ДУ(є)+ (2.7)
6Вывод линеаризованных уравнений подробнее описан в Приложении, §1(д).