Исследование генерации субмиллиметровых волн в сверхпроводниковых структурах с вязким потоком джозефсоновских вихрей

• Автор: Соболев, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Предисловие
1. Введение
1.1. Вступление
1.2. Интегральные сверхпроводниковые приемники
1.3. Сверхпроводниковый генератор гетеродина на распределенном туннельном переходе с вязким потоком джозефсоновских вихрей
1.4. Технология изготовления джозефсоновских переходов для
сверхпроводниковых интегральных микросхем
1.5. Математические модели длинного джозефсоновского перехода
1.6. Ширина линии излучения джозефсоновского перехода
1.7. Постановка задачи
2. Экспериментальное исследование спектральных характеристик
излучения распределенных джозефсоновских переходов
2.1. Система измерений по постоянному току
2.2. Система измерений по СВЧ
2.3. Ширина линии излучения длинного джозефсоновского перехода
2.4. ФФО с несмещенной областью
2.5. Краткие результаты главы и их практические применения
3. Изучение ФФО с магнитным само действием
3.1. Идея альтернативной запитки ФФО
3.2. Теория ширины линии излучения для ФФО с самодействием
3.3. Результаты экспериментов с ФФО, смещенного токами
смешанного типа
3.4. Измерения ширины линии ФФО при смещении смешанного типа78
3.5. Краткие результаты главы
4. Изучение ФФО с петлями обратной связи по магнитному полю
4.1. Идея исследования и топология

4.2. Экспериментальные результаты измерений ФФО с туннельными
барьерами №>/АЮх/МЬ и МЬ/АШЖЬ
4.3. Краткие выводы главы
5. Численное моделирование ФФО
5.1. Моделирование в рамках традиционной модели синус-Г ордон
5.2. Профиль задания тока смещения и формулировка общей
двумерной задачи
5.3. Моделирование свойств ФФО с учетом самонакачки
5.4. Краткие выводы главы
6. Разработка и тестирование широкополосного тракта
промежуточной частоты СИП
6.1. Описание задачи
6.2. Основная идея и методы ее реализации
6.3. Экспериментальная проверка
6.4. Краткие выводы главы
Заключение
Список публикаций автора
Литература

Список используемых сокращений и обозначений
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика ВАХ -вольт-амперная характеристика ДДП - длинный джозефсоновский переход ЛУ - линия управления
СИС - сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник СИП - сверхпроводниковый интегральный приемник ФФО -флакс флоу осциллятор, источник гетеродина ФАПЧ - фазовая автоподстройка частоты ЧД - частотный дискриминатор(-ция)
ПЧ - промежуточная частота
СА - спектроанализатор
Vg - напряжение квазичастичного скачка тока
Vjsc~ граничное напряжение области самонакачки, равное трети Vg
Флакс-флоу область - область безрезонансного движения вихрей выше Vjsc
ХО - холостые области
je - погонная плотность критического тока ДДП Rn - нормальное сопротивление перехода А/- ширина линии излучения X,j - джозефсоновская глубина проникновения X] - Лондоновская глубина проникновения Тшт - итоговая шумовая температура СИП 1В -ток смещения /а-токЛУ
Rd- дифференциальное сопротивление по каналу тока 1В Rda - дифференциальное сопротивление по каналу тока Ici

2.3. Ширина линии излучения длинного джозефсоновского перехода.
В ходе выполнения диссертационной работы была исследована ширина линии генерации ФФО различных топологий в широком диапазоне значений плотности тока туннельного барьера. Анализ спектральной линии излучения показал ФФО, что она имеет Лоренцеву форму во всех рабочих областях перехода [А1-А4, А21]. Это свидетельствует о том, что в условиях эксперимента Af была обусловлена широкополосными естественными шумами.
Наиболее объективным экспериментальным критерием прозрачности туннельного барьера джозефсоновского перехода и оценки плотности критического тока служит нахождение величины Rn*S - произведения нормального сопротивления перехода [60] (прямой участок ВАХ при напряжениях выше Vg) и площади туннельного барьера, которое обратно пропорционально плотности тока. Распределенный туннельный переход может перейти в состояние джозефсоновской генерации с ненулевым напряжением раньше того момента, когда sinp станет равным единице во всех точках перехода. При этом максимально возможный сверхток для сосредоточенного перехода, размеры которого меньше Xj; может быть равен
0.72*Alg. В этом случае плотность криттока туннельного барьера может быть грубо оценена как jс=0.72 * Vg/(Rn *S).
Оказалось, что, в отличие от сосредоточенного джозефсоновского перехода, размеры которого меньше Xj, типичная зависимость ширины спектральной линии излучения Af ФФО описывается формулой, содержащей также величину RdCi=dIôIcl - дифференциальное сопротивление по каналу тока Icl, который задает магнитное поле на концах перехода [А2, А10]:
( 1 V. .. еУ eV
Af = 2т — (Rd + K*RdCL)2
кф»;

coth +2 L coth
2 kBT ° kBT
(2.1)
При этом Ябсь учитывается с некоторым коэффициентом К, который зависит от конструкции ФФО, величины Rn*S и тока смещения. Экспериментальные