Когерентные процессы в цепочках джозефсоновских контактов из высокотемпературных сверхпроводников при взаимодействии с электромагнитным излучением

• Автор: Клушин, Александр Моисеевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 196 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Джозефсоновские контакты из высокотемпературных сверхпроводников

1.1. Электрофизические свойства различных типов джозефсоновских контактов из высокотемпературных сверхпроводников.

Выбор оптимальной технологии

1.1.1 Контакты на основе оксидной керамики

1.1.2 Контакты па исскуственно созданной ступеньке в

подложке

1.1.3 Биэнитаксиальпыс контакты

1.1.4 Квазипланарные торцевые контакты

1.2 Бикристаплические контакты

1.2.1 Технология изготовления шунтированных джозефсоновских бикристаллических контактов
1.2.1.1 Материалы подложек
1.2.1.2 Методы напыления УВа2Сиз плнок
1.2.1.3 Структурирование плнок высокотемпературных сверхпроводников
1.2.2 Модель и электрические свойства контакта Ли УВазСизО
1.2.3 Электрофизические свойства бикристаллических джозефсоновских контактов
1.2.3.1 Соответствие вольтамперпых характеристик бикристаллических контактов резистивной модели
1.2.3.2 Зависимость плотности критического тока от угла разориентации
1.2.3.3 Зависимость критического тока от толщины плнки УВа2Сиз
1.2.3.4 Зависимость параметров бикристаллических контактов от температуры
1.2.3.5 Воспроизводимость и долговременная стабильность параметров бикристаллических контактов
1.2.3.6 Метрологические параметры ступеней тока
Выводы к главе 1
ГЛАВА 2. Теоретические и экспериментальные основы процессов синхронизации массивов безгистсрезисных джозефсоновских контактов
2.1 Влияние разбросов их параметров контактов на их синхронизацию
2.2 Влияние параметров шунта на синхронизацию контактов
2.2.1 Зависимость вольтамперных характеристик контактов от индуктивности шунта
2.2.2 Зависимость амплитуды первой ступени тока от частоты облучения
2.2.3 Зависимость амплитуды первой ступени тока от мощности облучения
2.2.4 Влияние тепловых шумов на синхронизацию контакгов
2.3 Первые результаты по синхронизации цепочек контактов из высокотемпературных сверхпроводников
2.4 Выводы к главе
Глава 3. Синхронизация цепочек джозефсоновских бикристаллических контактов встроенных в тонкоплночные СВЧ линии
3.1 Цепочка джозефсоновских бикристаллических контактов встроенных в тонкопленочную конланарную линию
3.1.1 Описание различных типов копланарных линий
3.1.2 Затухание в копланарных линиях с центральными электродами различной формы
3.1.3 Оценка возможности использования копланарных линий для синхронизации контактов
3.2 Облучение цепочки джозефсоновских бикристаллических контактов с помощью передающей линии
3.2.1 Теоретический анализ условий синхронизации цепочек бикристаллических контактов с помощью передающей линии
3.2.2 Экспериментальное исследование синхронизации цепочек бикристаллических контактов с помощью передающей линии
3.2.2.1 Определение диэлектрической постоянной бикристаллической подложки
3.2.2.2 Дизайн и конструкция цепочки бикристаллических контакгов с коплаттариой передающей линией
3.2.2.3 Исследование копланарной передающей линии
3.2.2А Исследование микрополосковой передающей линии
3.2.2.5 Исследование щелевой передающей линии
3.3 Прецизионные измерения кантованных ступенек напряжения
на ВЛХ цепочек бикристаллических контактов
3.3.1 Метод оценки погрешностей измерения вольтамперных
3.3.1.1 Описание метода
3.3.1.2 Экспериментальная проверка метода
3.3.1.3 Практическое использование метода для
определения наклона ступени тока
3.3.2 Прецизионные сличения квантованных ступеней тока
на цепочках бикристаллических контактов
3.4Выводы к главе 3
Глава 4. Синхронизация цепочек джозефсоновских
бикристаллических контактов включнных в объмные
резонаторы
4.1 Резонатор поверхностной волны
4.1.1 Микроволновые свойства резонаторов поверхностной
4.1.2 Микроволновые свойства резонаторов поверхностной
волны с разрезами в проводящей плнке
4.1.3 Синхронизация джозефсоновских контактов, встроенных
в резонатор поверхностной волпы
4.2 Резонатор ФабриПеро мм диапазона волн
4.2.1 Основные типы резонаторов ФабриПеро и их
применения в мм и субмм диапазонах волн
4.2.2 Полусферический резонатор ФабриПеро
и экспериментальная установка
4.2.3 Исследование синхронизации джозефсоновских
контактов в резонаторе ФабриПеро
4.2.3.1 Влияние ориентация вектора напряжнности электрического поля в резонаторе
4.2.3.2 Влияние частоты облучения на синхронизацию контактов
4.2.3.3 Влияние способа облучения контактов и геометрических размеров резонатора ФабриПеро
4.2.3.4 Влияние топологии линейной цепочки контактов
4.2.3.5 Синхронизация многоконтактных джозефсоновских
линейных цепочек в резонаторе ФабриПеро
4.2.3.6 Прецизионные измерения ступенек постоянного
напряжения
4.3 Выводы к главе 4
Глава 5. Аппаратура для квантового эталона вольта на основе
интегральных схем из джозефсоновских бикристаллнческих
контактов
5.1 Принцип построения эталона вольта и его блок схема
5.2 Параметры основных узлов эталона вольта
5.2.1 Малогабаритный синтезатор миллиметрового
диапазона волн
5.2.2 Малотпумящий стабильный источник опорного напряжения
5.2.3 Нановольтметр
5.3 Апробация макета эталона Вольта на
основе разработанной аппаратуры
5.3.1 Исследование процесса самокалибровки эталона вольта
с джозефсоновским напряжением мВ
5.3.2 Исследование процесса калибровки эталона вольта в зависимости от джозсфсоновского напряжения
5.4 Выводы к главе 5
Заключение
Список цитированной литературы


Контакты с искусственно созданными барьерами а планарный контакт б ступенчатый контакт с металлической прослойкой в торцевой квазипланарный контакт. Контакты на бикристаллических границах г ступенчатый контакт д биэпитаксиальный контакт е бикристаллический контакт. Однако в таких структурах не удалось реализовать джозефсоновские контакты, работающие при температуре жидкого азота. ВАХ этих контактов были далеки резистивной модели. На остальных типах контактов, изображнных на рис. Джозефсона наблюдался при азотных температурах или близких к ним. В этой главе мы рассмотрим подробнее свойства этих контактов, а также контактов, изготовленных из массивной металлооксидной керамики, с использованием которой были проведены первые наблюдения эффекта Джозефсона. Эффект Джозефсона был обнаружен в точечных контактах, а также переходах на межзренных границах керамик типа i или i. Сверхпроводящая металлооксидиая керамика пронизана множеством слабых связей, проявляющих при ТТС эффект Джозефсона . В контактах рассматриваемого типа место слабой связи локализовано на межзренных границах гранул металлооксидных керамик. Очевидно, что контакты, изготовленные из такого материала, могут иметь ВАХ, являющиеся результатом сложения ВАХ отдельных последовательнопаралеллыю соединнных переходов с разными параметрами. Это обстоятельство может быть одной из причин конечного наклона ступенек тока, появляющихся при электромагнитном облучении контактов. Керамика УВа2Си7. НГУ им. Н. И. Лобачевского методом высокотемпературного спекания в атмосфере кислорода, поток которого поддерживался достаточным для формирования соединения с х 7. Исходная смесь из окислов У3, Си и гидроокиси ВаОН2Н была несколько обогащена медью, что позволило получать керамику с критической температурой ГС К, шириной сверхпроводящего перехода ДТ 0. К и плотностью критического тока 0 Лм2 при температуре К. Рентгенограмма показала в керамике слабо заметные пики от включений, не принадлежащих орторомбической фазе УВСО. Переходы Джозефсона изготавливалась из брусочков керамики ,5x2 мм методом угоньшения части образца в одном или двух измерениях . При температуре жидкого азота такие контакты имели критический ток от 1 3 мА. Рис. ВЛХ джозефсоновского контакта УВСОУВСО при разных мощностях СВЧ сигнала. Рис. Амплитуды ступенек с п 0,1,2, 3 в зависимости от амплитуды СВЧ сигнала. На рис. ВАХ джозефсоновского контакта УВСОУВСО в автономном режиме и при воздействии СВЧ сигнала частотой 8. ГГц и разных уровней мощности, а на рис. СВЧ при Т К. Зависимость размаха ступенек по току от а качественно совпадает с полученной из резистивной модели для одиночного контакта . Из отношений а2к а при которых пя сту пенька исчезает соответственно в первый раз для 7 0, 1,2, найдена безразмерная частота контакта 2 0, 0,. Это означает, что характерная частота контакта при азогной температуре ГТц. Положение зародышей ступенек на оси 7с было определено из анализа семейства ВАХ при разных а. Разнесение ступенек по току при любых о значительно превосходит то, которое предсказывает резистивная модель. С увеличением частоты сигнала до ,2 ТТц картина изменяется в соответствии с пропорциональным частоте ростом 2. На третьей ступеньке при увеличении а появляется и продвигается в сторону малых токов смещения наклон. Мы связываем его с ВАХ второго, последовательно включнного, контакта, параметры которого можно оценить по продвижению наклона с изменением а критический ток примерно равен с основного контакта, а ГГц. Критическая температура контакта Тс близка к Тс керамики. При охлаждении образца с 7, а 2 уменьшается таким образом, что СТС Т. Следовательно, сопротивление контакта не зависит от температуры ниже К. При гелиевой температуре 0 ГГц и ,. В последнем случае разнесение ступенек несколько уменьшается, но остатся весьма значительным. Этот эффект не удатся объяснить следующими известными дополнениями резистивной модели индуктивностью, включнной последовательно контакту или его сопротивлению, несинусоидальной зависимостью фазы р сверхпроводящего тока и учта в нм члена с сояф. Рис. Измерение наклона ступеньки модуляционным методом.