Исследование динамических процессов в джозефсоновских устройствах сверхпроводниковой электроники

• Автор: Корнев, Виктор Константинович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 354 с. : ил.

В.К. Корнев. Введение

Глава I. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Быстродействующий электронный аналог цепей

с джозефсоновскими контактами

1.1. Введение

1.2. Принцип действия электронного аналога

1.3. Моделирование одиночного контакта, одноконтактного

и двухконтактного интерферометров

1.4. Точность моделирования

1.5. Элементная база высокочастотных блоков электронного аналога

2. Многоканальный измерительный стенд для исследования сверхпроводниковых схем
2.1. Введение
2.2. Структура измерительного стенда
2.3. Технические возможности измерительного комплекса
2.4. Пример измерения цифровой схемы
3. Высокопроизводительный программный комплекс РБСАХ
3.1. Введение
3.2. Моделирование процессов в присутствие флуктуаций
3.3. Вычисление спектра джозефсоновской генерации и ширины линии генерации
4. Литература к главе I
Глава II. ХАОТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СВЕРХПРОВОДЯЩИХ
КВАНТОВЫХ ИНТЕРФЕРОМЕТРАХ
1. Введение
2. Одноконтактный интерферометр под воздействием внешнего периодического сигнала
2.1. Уравнение интерферометра и методы исследования процессов
2.2. Динамика неавтономного интерферометра
2.3. Критерий отсутствия хаоса
3. Динамический хаос в двухконтактном интерферометре
3.1. Система уравнений
3.2. Неавтономный режим
3.3. Автономный режим
4. Основные результаты
5. Литература к главе II
В.К. Корнев. Введение
Глава III. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ СКВИДЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1. Введение
2. Резонаторний сквид переменного тока
2.1. Конструкция СВЧ сквида
2.2. Технология изготовления интерферометра
2.3. Экспериментальная установка и методика измерений
2.4. Экспериментальные результаты
2.5. Теория работы резонаторного СВЧ сквида
3. Безрезонаторный сквид переменного тока
3.1. Эквивалентная схема и основные уравнения
3.2. Сигнальные характеристики
3.3. Шумовые характеристики
3.4. Сопоставление резонаторных и безрезонаторных сквидов
4. Динамика гистерезисных сквидов переменного тока с туннельными джозефсоновскнми переходами
4.1. Введение
4.2. Случай большой индуктивности I > 1
4.3. Случай малой индуктивности I < 1
4.4. Экспериментальное исследование
5. Заключение к главе III
6. Литература к главе III
Глава IV. КОМПАРАТОРЫ ТОКА НА ОСНОВЕ ДЖОЗЕФСОНОВСКИХ
ПЕРЕХОДОВ
1. Введение
2. Анализ балансных компараторов на основе туннельных
джозефсоновских переходов
2.1. Схема компаратора
2.2. Переключение в резистивное состояние
2.3. Вольт-амперные характеристики компаратора
2.4. Заключение по компараторам на туннельных переходах
3. Балансные ББІЗ компараторы на основе джозефсоновских переходов
с безгистерезисной ВАХ
3.1. Динамика балансного БРО компаратора
3.2. Чувствительность балансного компаратора. Фундаментальный предел
3.3. Временное разрешение балансного компаратора
3.4. Экспериментальное исследование балансного компаратора
4. Выводы к главе IV
В.К. Корнев. Введение

5. Литература к главе IV
Глава V. ВЗАИМНАЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ В ЦЕПОЧКАХ И РЕШЕТКАХ
ДЖОЗЕФСОНОВСКИХ ПЕРЕХОДОВ
1. Введение
1.1. Условия взаимной синхронизации
1.2. Многоэлементные структуры как генераторы
2. Взаимная синхронизация туннельных джозефсоновских переходов
2.1. Аналитическое рассмотрение
2.2. Аналоговое моделировании
3. Многоэлементные джозефсоновские структуры с сосредоточенными
цепями связи
3.1. Область синхронизации
3.2. Ширина линии синхронной генерации в сосредоточенных структурах
4. Многоэлементные джозефсоновские структуры с распределенными
цепями связи
4.1. Типы распределенных структур
4.2. Нелинейный характер взаимодействия
4.3. Выходная мощность и ширина линии генерации
5. Экспериментальные структуры на основе ВТСП материалов
5.1. Джозефсоновская генерация в цепочке переходов, связанных щелевой линией
5.2. Цепочка джозефсоновских переходов, связанных микрополосковой линией
6. Выводы к главе V
7. Литература к главе V
Глава VI. ДЖОЗЕФСОНОВСКИЕ СТРУКТУРЫ С НЕТРИВИАЛЬНОЙ
ТОК-ФАЗОВОЙ ЗАВИСИМОСТЬЮ
1. Введение
2. Модель бикристаллического джозефсоновского перехода
2.1. Общий подход
2.2. Аналитическая модель
3. Структуры на основе бикристаллических и SFS переходов
3.1. Пи - интерферометр
3.2. Треугольная решетка SFS переходов
3.3. Влияние гармоник ток-фазовой зависимости
4. Ступени Шапиро на ВАХ и детекторный отклик
4.1. Введение
4.2. Общий подход
В.К. Корнев.
Глава I. Методы исследований

3.3. Вычисление спектра джозефсоновской генерации и ширины линии генерации.
В классических методах вычисления спектра на основе быстрого Фурье-преобразования [23] спектральная плотность изучаемого процесса определяется как дискретно-временное преобразование Фурье (ДВПФ) бесконечной автокорреляционной последовательности (АКП). Поэтому в реальности оценки спектральной плотности делаются по взвешенной последовательности данных или оценок АКП. Отсутствующие данные или неоцененные значения АКП за пределами применяемого окна неявно полагаются равными нулю, что, естественно, приводит к искажениям спектральных оценок. Для частичного преодоления этих проблем приходится увеличивать длину автокорреляционной последовательности, что ведет к росту времени расчетов. Использование ДВПФ требует времени вычисления, которое пропорционально К-Ы 1о§:>Л] , где Ы - число отсчетов значений сигнала с фиксированным шагом выборки АДашр внутри каждого интервала усреднения, К - число интервалов усреднения. При этом верхняя частота вычисляемого спектра определяется величиной шага АДатр, а спектральное разрешение зависит от от полного числа отсчетов сигнала N ~ К-Ы . Современные персональные компьютеры с динамической памятью ~ 1 Гбайт позволяют обрабатывать до N ~ 10б отсчетов, что значительно меньше, чем число отсчетов, необходимое для достижения требуемого спектрального разрешения, в особенности, при изучении многоэлементных джозефсоновских структур таких, как синхронные цепочки и решетки джозефсоновских переходом, обеспечивающих сужение линии генерации пропорциональное числу джозефсоновских элементов (глава V). Для изучения таких спектров необходимо разрешение не хуже 10'7£2с> что соответствует А-К)8 отсчетов. Дальнейшее увеличение числа отсчетов N потребует обращений к жесткому диску памяти для временного хранения отсчетов. Время чтения отсчетов с жесткого диска компьютера на три порядка больше времени чтения из оперативной памяти.
В последнее время получил развитие новый подход к вычислению спектров сигналов на основе параметрического описания статистик [23]. На практике часто имеется некоторая информация относительно процесса, из которого берутся отсчеты данных. Эту информацию можно использовать для построения модели, аппроксимирующей процесс, который породил наблюдаемую временную последовательность. В этом случае спектральная плотность изучаемого будет, прежде всего, некоторой функцией параметров этой модели, а не АКП. Такие модели позволяют принимать более реалистические допущения о данных вне окна, чем допущение об их равенстве нулю. В результате