Экспериментальное исследование токовых состояний низкоразмерных сверхпроводников

• Автор: Арутюнов, Константин Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.09
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 204 с. : ил.

Оглавление

Список символов и сокращений

Введение
Актуальность тематики Цели и задачи работы Научная новизна работы Практическое значение работы Основные положения, выносимые на защиту Достоверность полученных результатов Апробация работы Публикации Личный вклад автора Структура и объем диссертации

Глава 1: Экспериментальная методика

Методика изготовления микро- и наноструктур Микроскопический анализ образцов Методика измерений Погрешности измерений

Положения, выносимые на защиту, и представление результатов

Глава 2: Неравновесное токовое состояние квазиодномерных сверхпроводящих каналов Введение Теория

Постановка задачи Результаты и обсуждение

Длинные монокристаллические нити Короткие монокристаллические образцы Положения, выносимые на защиту, и представление результатов
Глава 3: Релаксация неравновесных квазичастичных возбуждений в сверхпроводнике
Введение
Существующие эксперименты и модельные представления Постановка задачи Результаты и обсуждение
Положения, выносимые на защиту, и представление результатов
Глава 4: Квантовая нелокальность в сверхпроводящих наноструктурах Введение
Постановка задачи Эксперимент Анализ результатов
Положения, выносимые на защиту, и представление результатов

Глава 5: Аномалия резистивного перехода в сверхпроводящих наноструктурах
Введение
Постановка задачи
Эксперимент
Модель
Неоднородность структур и конечная ширина резистивного перехода
Вклад границы нормальный металл — сверхпроводник
Вклад наклонной границы нормальный металл - сверхпроводник
Вклад конечной ширины потенциальных контактов
Влияние измерительного тока и магнитного поля
Положения, выносимые на защиту, и представление результатов
Глава 6: Флуктуации в квазиодномерных сверхпроводящих каналах
Введение
Постановка задачи
Термические флуктуации
Квантовые флуктуации
Положения, выносимые на защиту, и представление результатов
Глава 7: Зарядовые эффекты в квазиодномерных сверхпроводящих каналах
Введение
Постановка задачи
Теоретическая база
Существующие эксперименты
Объекты исследования
Экспериментальные результаты и обсуждение
Положения, выносимые на защиту, и представление результатов
Заключение
Основные результаты и выводы работы
Список цитируемой литературы
Благодарности
Основные публикации автора по теме диссертации

Список символов и сокращений
SOG - spin-on-glass полимер
RRR - resistance resudial ratio: отношение сопротивлений образца, измеренных при комнатной и гелиевых температурах
TDGL - time dependent Ginzburg-Landau модель
LAMH - модель термических флуктуаций Langer-Ambegaokar-McCumber-Halperin ВАХ - вольт-амперная характеристика
ПИД - пропорционально - интегрально - дифференциальный (контроллер)
ПММА - полиметилметакрилат (polymethyl methacrylate)
МАА - сополимер (methacrylic acid)
НИС - нормальный металл - изолятор- сверхпроводник
СИС - сверхпроводник - изолятор- сверхпроводник
ССМ - сканирующий (растровый) силовой микроскоп
СЭМ - сканирующий (растровый) электронный микроскоп
ПЭМ - просвечивающий электронный микроскоп
ПФ - проскальзывание фазы
ЦПФ - центр проскальзывания фазы
НИС - нормальный металл - изолятор - сверхпроводник
ДжК - Джозефсоновский контакт
кв - константа Больцмана
h - константа Планка
h = h/lns
е - заряд электрона Т - температура
Тс - критическая температура сверхпроводника
rponset . температура начала (вершины) сверхпроводящего перехода
8ТС - ширина сверхпроводящего перехода
rpmv . локальное значение критической температуры (неоднородного образца)
Т°- усредненное значение критической температуры (неоднородного образца)
Tyhonon - фононная температура Те - электронная температура
Т/- электронная температура неравновесного сверхпроводника

тематике, микротехнология не была легко доступна широкому кругу исследователей. Нитевидные монокристаллы "вручную" монтировались под оптическим микроскопом и электрический контакт осуществлялся припаиванием низкотемпературным сплавом Вуда или прижимным контактом кусочком индия. Несмотря на исключительную трудоемкость изготовления и низкий выход "работающих" образцов, был получен ряд интересных и воспроизводимых результатов. При измерении температурной зависимости сопротивления R(T,I = const) с использованием малых измерительных токов I, экспериментально регистрируемая ширина перехода 5ТС составляла всего несколько мК. Как будет подробно обсуждаться в последующих главах, в этом пределе малых токов плавная форма перехода R(T) ~ exp(-5F0/kBT) определяется термическими флуктуациями параметра порядка сверхпроводника Д: термическая энергия квТ "конкурирует" с характерной энергией зарождения сверхпроводящей фазы 5Fo. При увеличении измерительного тока I ширина сверхпроводящего перехода увеличивалась и на зависимости R(T) появлялись четко выраженные ступеньки [22]: Рис. 2-01. Следует отметить, что использованные измерительные токи - существенно ниже критического значения 1С{Т), что проявляется как отсутствие гистерезиса на зависимостях R(T), которое могло бы свидетельствовать о разогреве за счет выделения Джоулевого тепла. Как ни парадоксально, несмотря на уже почти сорокалетнюю историю наблюдения этого интересного феномена, общепринятое объяснение - отсутствует!

Ct»V3 "

' *Ю . *5 ,0 ДТ, -a [mKJ -
Рис. 2-01.
Сверхпроводящий переход R(T) оловянного вискера с сечением о=0.63 мкм2 и длиной Ь=170 мкм при различных измерительных токах I, указанных на рисунке в мкА. [22].