Сверхпроводящий прибор на основе многоэлементной структуры из джозефсоновских переходов



Сверхпроводящий прибор на основе многоэлементной структуры из джозефсоновских переходов
Сверхпроводящий прибор на основе многоэлементной структуры из джозефсоновских переходов
Сверхпроводящий прибор на основе многоэлементной структуры из джозефсоновских переходов
Сверхпроводящий прибор на основе многоэлементной структуры из джозефсоновских переходов

Владельцы патента RU 2483392:

Учреждение Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН (RU)

Изобретение относится к криоэлектронным приборам и может быть использовано в измерительной технике. Изобретение обеспечивает повышение коэффициента усиления и высокую линейность отклика напряжения на магнитную компоненту электромагнитного сигнала сверхпроводящего прибора в полосе частот 0,1-10 ГГц, оптимизацию развязки между входом и выходом для предотвращения просачивания входного сигнала на выход устройства, повышение чувствительности устройства за счет оптимизации связи по магнитному полю между входной линией и СКИФ-структурой, повышение помехозащищенности устройства. Сверхпроводящий прибор содержит следующие основные элементы: чип, содержащий СКИФ-структуру, и согласующую плату, предназначенную для задания входного электромагнитного сигнала в резонансную цепь СКИФ-структуры на чипе и снятия выходного сигнала с помощью микрополосковой линии и передачи его на выходной коаксиальный разъем. СКИФ-структура, расположенная внутри петли линии задания входного электромагнитного сигнала, имеет повышенный коэффициент усиления и высокую линейность отклика напряжения на магнитную компоненту электромагнитного сигнала в полосе частот 0,1-10 ГГц и размеры джозефсоновских переходов (ДП), удовлетворяющие условию, при котором обеспечивается режим работы, характеризующийся фраунгоферовой зависимостью критического тока от магнитного поля, проникающего в ДП. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к криоэлектронным приборам и может быть использовано в измерительной технике, радиотехнических и информационных системах, работающих при низких температурах, для усиления слабых сигналов СВЧ-диапазона, а также в качестве детектора слабых магнитных полей.

Известен сверхпроводниковый магнетометр на основе джозефсоновских переходов (ДП), реализованный на параллельной цепочке сверхпроводящих квантовых интерферометров (СКВИДов) переменной площади (СКИФ-структура) (патент WO 0125805, Schopohl et al., 12.04.2001; патент WO 2004114463, Oppenlaender J. et al., 29.12.2004). За счет интерференции откликов некратных площадей форма отклика напряжения от приложенного магнитного поля такой СКИФ-структуры имеет один большой минимум в нуле магнитного поля.

Недостатком такого магнетометра является низкое значение выходного импеданса, что затрудняет использование параллельной СКИФ-структуры для высокочастотных устройств. Также СВЧ-устройства на основе параллельной СКИФ-структуры не обеспечивают необходимой линейности усиления сигнала и не позволяют добиться большого сигнала на выходе.

Известен также СВЧ-усилитель, состоящий из ДП (патент RU 2353051 C2, 06.06.2007) на основе линейных цепочек СКВИДов постоянного тока, имеющих повышенный коэффициент усиления и высокую линейность отклика напряжения на магнитную компоненту электромагнитного сигнала в полосе частот 1-10 ГГц (прототип предлагаемого технического решения).

Устройство-прототип представляет собой широкополосный сверхпроводящий СВЧ-усилитель, который содержит входной элемент, предназначенный для подачи СВЧ-сигнала и преобразования его в магнитный поток, воздействующий на последовательную цепочку двухконтактных СКВИДов; источник постоянного тока смещения, являющийся средством задания режима магнитного поля смещения, подключенный индуктивным образом к каждому из СКВИДов указанной цепочки СКВИДов. Данная последовательная цепочка СКВИДов, образованная из сегментов, подключается к выходному элементу таким образом, чтобы получить на нем суммарное изменение напряжения. Указанные входной и выходной элементы выполнены в виде сверхпроводящей полосковой линии передачи.

Основными недостатками прототипа являются:

1) уменьшение амплитуды вольт-полевой характеристики, а следовательно, и коэффициента усиления вследствие подавления зависимости критического тока от приложенного магнитного поля из-за проникновения магнитного поля в ДП, которое не учитывалось при моделировании конструкции усилителя;

2) неидеальная развязка входа и выхода из-за конструктивных особенностей электромагнитной связи, которая выполнена на основе связанных параллельно расположенных двухпроводных линий, что приводит к наличию ненулевой взаимной индукции;

3) неоптимальная связь по магнитному полю входной линии со СКИФ-структурой из-за быстрого спадании поля при выходе за пределы двухпроводной линии: поля параллельных проволок вычитаются вне проволок, что уменьшает взаимную индукцию входной цепи и петель СКВИДов;

4) предполагаемая широкополосность отклика трудно осуществима при наличии ограничения на размер СКИФ-структуры - прототип должен иметь размеры больше или порядка длины волны, так как основан на поглощении бегущей волны, при этом по мере затухания волны вклад активных элементов будет падать, в противном случае согласование возможно за счет демпфирующих резисторов, вызывающих неизбежное поглощение (значительной части) сигнала.

Анализ уровня техники, в том числе и прототипа, показывает, что общим недостатком конструкций устройств, выполненных как на основе низкотемпературных металлических, так и купратных сверхпроводников и реализованных как на основе регулярных цепочек СКВИДов, так и нерегулярных СКИФ-структур, является заметное уменьшение амплитуды вольт-полевой характеристики из-за разброса параметров ДП и влияния индуктивностей СКВИДов.

Целью изобретения является:

1) повышение коэффициента усиления и обеспечение высокой линейности отклика напряжения на магнитную компоненту электромагнитного сигнала сверхпроводящего прибора в полосе частот 0,1-10 ГГц на основе СКИФ-структуры, состоящей из ДП, характеризуемых неизбежно существующим разбросом параметров;

2) оптимизация развязки между входом и выходом с целью предотвращения просачивания входного сигнала на выход устройства;

3) повышение чувствительности устройства за счет оптимизации связи по магнитному полю между входной линией и СКИФ-структурой;

4) повышение помехозащищенности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что сверхпроводящий прибор на основе многоэлементной структуры из джозефсоновских переходов, содержащий чип (бикристаллическую подложку), включающий в себя линию задания входного электромагнитного сигнала в виде сверхпроводящей полосковой линии передачи, предназначенную для подачи СВЧ-сигнала и преобразования его в магнитный поток, и многоэлементную сверхпроводящую структуру из джозефсоновских переходов (ДП), состоящую из последовательного соединения сверхпроводящих двухконтактных квантовых интерферометров (СКВИДов), имеющих некратные площади, представляющих собой сверхпроводящий квантовый интерференционный фильтр (СКИФ-структуру), имеющий повышенный коэффициент усиления и высокую линейность отклика напряжения на магнитную компоненту электромагнитного сигнала в полосе частот 0,1-10 ГГц, а также выходной элемент, выполненный в виде сверхпроводящей полосковой линии передачи, согласно изобретению содержит согласующую плату, предназначенную для задания входного электромагнитного сигнала в резонансную цепь СКИФ-структуры на чипе и снятия выходного сигнала с помощью микрополосковой линии и передачи его на выходной коаксиальный разъем, при этом на одной стороне согласующей платы размещены входная и выходная микрополосковые линии, а на другой стороне платы располагается резонатор, выполненный в виде П-образной щелевой линии длиной λ/2, размеры ДП, входящие в многоэлементную сверхпроводящую структуру, удовлетворяют условию: w<4λJ, где w - ширина ДП, λJ - джозефсоновская глубина проникновения магнитного поля, предложенное решение основано на низкодобротном резонансе в петле входной линии задания входного электромагнитного сигнала, при этом СКИФ-структура располагается внутри петли входной линии, не имеющей демпфирующих элементов, в качестве сверхпроводника использовано соединение редкоземельных купратов общей формулы ReBa2Cu3O7-х, где Re - редкоземельный металл, а слабая связь образована бикристаллической границей.

Поставленная цель достигается также тем, что согласующая плата выполнена из ламината с двусторонней металлизацией, толщина t и диэлектрическая проницаемость ε материала ламината выбраны обеспечивающими расчетное значение волнового сопротивления СВЧ-линий.

Существо изобретения поясняется на чертежах:

фиг.1 - эквивалентная электрическая схема патентуемого прибора для случая его применения для усиления СВЧ-сигнала, где a1…an - площади СКВИДов, входящих в многоэлементную структуру из ДП; IB - постоянный ток задания смещения; IRF - высокочастотный ток, который протекает через линию задания входного сигнала и преобразуется в магнитный поток в контурах СКИФ-структуры; С1 и С2 - емкости подстроечных конденсаторов;

фиг.2 - согласующая плата, где (1) - входная микрополосковая линия, (2) - П-образный щелевой резонатор, (3) - подводящие микрополосковые линии, (4) - выходная микрополосковая линия, (5) - чип со СКИФ-структурой;

фиг.3 - зависимость напряжения V от магнитного потока Ф в СКИФ-структуре; ΔV - максимальный размах характеристики, Ф0 - квант магнитного потока, ФВ - поток смещения, соответствующий рабочей точке, Фi - регистрируемый внешний магнитный поток, равный произведению регистрируемого тока Ii, протекаемого через линию задания входного сигнала на чипе, и взаимной индукции Mi между данной линией и СКИФ-структурой, V0 - отклик СКИФ-структуры на регистрируемый внешний магнитный поток;

фиг.4 - семейство вольт-амперных характеристик (ВАХ) СКИФ-структуры при различных значения приложенного магнитного поля.

Устройство представляет собой сверхпроводящий прибор, который содержит: (i) чип, включающий в себя линию задания входного электромагнитного сигнала в виде сверхпроводящей полосковой линии передачи СВЧ-сигнала и многоэлементную сверхпроводящую структуру из ДП, расположенную внутри петли входной линии и состоящую из последовательного соединения СКВИДов, имеющих некратные площади, представляющих собой СКИФ-структуру, имеющую повышенный коэффициент усиления и высокую линейность отклика напряжения на магнитную компоненту электромагнитного сигнала в полосе частот 0,1-10 ГГц, (ii) согласующую плату, предназначенную для задания входного электромагнитного сигнала в резонансную цепь СКИФ-структуры на чипе и снятия выходного сигнала с помощью микрополосковой линии и передачи его на выходной коаксиальный разъем. Через линию задания также возможна подача постоянного тока смещения для задания рабочей точки. Линейные размеры ДП, входящие в многоэлементную сверхпроводящую структуру, должны удовлетворять условию: w<4λJ, где w - линейный размер ширины тонкой пленки ДП, пересекающей бикристаллическую границу, λJ - джозефсоновская глубина проникновения магнитного поля. При этом обеспечивается режим работы многоэлементной структуры, определяемый проникновением магнитного поля в ДП, который характеризуется фраунгоферовой зависимостью (типа sin(x)/x) критического тока от приложенного магнитного поля.

На согласующей плате происходит переход от коаксиального разъема на микрополосковую линию, а затем переход на кольцевого резонатор, в разрыв которого может быть включена линия задания СКИФ-структуры. После преобразования (усиления) сигнала СКИФ-структурой сигнал с чипа снимается с помощью микрополосковой линии и подается на выходной коаксиальный разъем.

Предлагаемое техническое решение содержит следующие основные элементы: чип, эквивалентная электрическая схема которого приведена на фиг.1, и согласующую плату, изображение которой представлено на фиг.2. Согласующая плата предназначена для задания входного электромагнитного сигнала в резонансную цепь СКИФ-структуры, расположенную на чипе. На плате происходит переход от коаксиального разъема на микрополосковую линию, а затем переход на кольцевого резонатор, в разрыв которого может быть включена линия задания СКИФ-структуры. Плата выполнена из ламината с двусторонней металлизацией толщиной t=1,0 мм и диэлектрической проницаемостью керамического изолятора ε=9,2, выбранных из условия удовлетворения согласования импедансов многоконтактной СКИФ-структуры и волнового сопротивления микрополосковых линий на согласующей плате, с использованием известных соотношений для полосковых линий передач. Входная (1) и выходная (4) микрополосковые линии находятся на одной стороне двухсторонней платы. На другой стороне платы находится резонатор, выполненный в виде П-образной щелевой линии (2), который возбуждается пересекающим его входной микрополосковой линией (1). Открытый конец микрополосковой линии (1) образует четвертьволновой шлейф, который обеспечивает режим короткого замыкания в плоскости пересечения щелевой линии. Щелевой резонатор (2) полуволновой длины является неизлучающим и не вносит потерь. В силу противофазного возбуждения двух микрополосковых линий (3) в точке их присоединения к чипу (5) токи в них однофазны. После преобразования (усиления) сигнала СКИФ-структурой сигнал с чипа снимается с помощью микрополосковой линии и подается на выходной коаксиальный разъем. Приведенная развязка входа и выхода платы оптимизирована таким образом, что поле входного сигнала и выходной ток не взаимодействуют в силу балансной конструкции сигнальных цепей.

Напряжение на СКИФ-структуре обеспечивается заданием тока смещения IB. Высокочастотный ток IRF, протекающий по петле задания входного сигнала, создает в каждом СКВИДе магнитный поток ΔФk=MkIRF, где Mk - коэффициент взаимной индукции между k-ым СКВИДом (площадью ak, k=1…n) и линией задания входного сигнала. Значения емкостей C1, C2 и индуктивности линии задания входного сигнала L0 определяются из условия резонанса fRF=1/(2π√(С1+С2)*L0) для обеспечения наибольшей амплитуды тока в линии, подключенной к СВЧ-цепи задания сигнала на плате, к которой подключался чип со СКИФ-структурой. При использовании конденсаторов удается реализовать согласование со СКИФ-структурой в полосе 200 МГц (при центральной частоте 1,5 ГГц) при потерях 1,2 дБ.

Предлагаемая конструкция чипа, содержащего СКИФ-структуру, может быть настроена в широком диапазоне частот на полосу, составляющую порядка 20-30% от центральной частоты за счет компромиссного сочетания компактности и резонансных свойств входной цепи, что делает ее более помехозащищенной. Предложенное решение основано на низкодобротном резонансе в петле входной линии задания, при этом СКИФ-структура располагается внутри петли входной линии задания, не имеющей демпфирующих элементов, что означает минимально возможный уровень потерь сигнала.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На фиг.3 показан механизм преобразования входного потока Фi в выходное напряжение V0 при фиксированном значении постоянного магнитного потока ФВ. Входной поток Фi=MiQVi/(Zi+Ri), где Mi - взаимная индуктивность между петлей задания входного сигнала и СКИФ-структурой, Q - добротность входного резонансного контура, Zi - входной импеданс СКИФ-структуры. Выходное напряжение V0 можно определить из выражения V0=VФФi, где VФ=∂V/∂Фi - передаточная характеристика СКИФ-структуры, которая определяется максимальным размахом выходного напряжения ΔV, который пропорционален характеристическому напряжению VC ДП, и квантом магнитного потока Ф0.

Максимально возможная связь по магнитному полю (чувствительность) осуществляется за счет двух факторов: во-первых, за счет помещения СКИФ-структуры в пучность доля, расположенную между полосковыми линиями, во-вторых, за счет резонансного увеличения тока сигнала во входной цепи, расположенной на согласующей плате.

В рассмотренной конфигурации СКИФ-структуры устройство работает в режиме, когда вольт-полевая характеристика в основном определяется фраунгоферовой зависимостью критического тока отдельных ДП. При этом вклад в величину преобразования магнитного поля в напряжение дают как циркулирующие токи, так и индуцированный магнитный поток. Входной сигнал индуцирует экранирующие токи в сверхпроводящих петлях каждого из элементов СКИФ-структуры. Ток в петле, индуцированный внешним магнитным полем, преобразуется в ток, циркулирующий в ДП. Такая трансформация позволяет обеспечить требуемую индуктивную связь ДП и входного контура, что, в свою очередь, способствует увеличению усиления СВЧ-сигнала.

Мощность насыщения СКВИДа, работающего без обратной связи, пропорциональна величине характеристического напряжения VC=ICRN, где IC - критический ток, RN - нормальное сопротивление. Использование купратных сверхпроводников позволяет получать ДП с характеристическим напряжением VC, которое может достигать 1 мВ уже при азотной температуре.

Увеличение динамического диапазона может быть получено за счет использования последовательной или параллельной цепочки СКВИДов. Однако технологический разброс параметров ДП (IC и RN) не позволяет достигать эффективного сложения откликов от всех СКВИДов в цепочке. Эта проблема может быть решена путем применения многоэлементной структуры из СКВИДов, имеющих некратные площади сверхпроводящих петель, так называемые сверхпроводящие квантовые интерференционные фильтры (СКИФы) последовательного или параллельного типов. В основу формирование отклика СКИФа заложено именно условие некратности площади СКВИДов. Динамический диапазон как параллельной, так и последовательной многоэлементной структуры увеличивается с ростом числа N СКВИДов пропорционально . В последовательной структуре СКВИДов увеличивается амплитуда выходного сигнала и выходной импеданс. Такое увеличение динамического диапазона обеспечивается без следящей цепи обратной связи.

Боковая модуляция на вольт-полевой зависимости подавляется с увеличением числа N СКВИДов в цепочке за счет интерференции откликов отдельных СКВИДов с разными площадями (с разными периодами модуляции откликов), что также приводит к сглаживанию склонов основного пика отклика СКИФ-структуры.

На фиг.4 показано семейство ВАХ СКИФ-структуры, состоящей из N=20 последовательно включенных СКВИДов, измеренной при 15 фиксированных значениях приложенного магнитного поля. Вследствие разброса критических токов ДП наблюдаются скачки напряжения, которые обусловлены переходом в резистивное состояние СКВИДов в структуре увеличением тока смещения IB. По мере увеличения приложенного магнитного поля ВАХ становится более гладкой.

В качестве сверхпроводникового материала использовано соединение редкоземельных купратов с общей формулой ReBa2Cu3O7-х, где Re - редкоземельный металл. Среди купратных сверхпроводниковых ДП наибольшей воспроизводимостью параметров обладают бикристаллические переходы, которые формируются за счет контакта двух монокристаллических частей пленки, кристаллографические оси которых взаимно развернуты на угол 45°>θ>20°, а бикристаллическая граница обладает свойством слабой связи.

Все элементы чипа могут быть выполнены с помощью фотолитографии и размещены на одной диэлектрической подложке. Технология изготовления таких структур известна, поэтому в настоящем описании не приводится. Соединение чипа и согласующей платы обеспечивается известными методом бондирования низкоиндуктивными металлическими проволоками.

Таким образом, технический результат предлагаемого устройства состоит в повышении коэффициента усиления и обеспечении высокой линейности отклика напряжения на магнитную компоненту электромагнитного сигнала СКИФ-структуры, оптимизации развязки между входом и выходом согласующей платы, повышении чувствительности устройства за счет оптимизации связи по магнитному полю между входной линией и СКИФ-структурой, повышении помехозащищенности устройства.

1. Сверхпроводящий прибор на основе многоэлементной структуры из джозефсоновских переходов, содержащий чип (бикристаллическую подложку), включающий в себя линию задания входного электромагнитного сигнала в виде сверхпроводящей полосковой линии передачи, предназначенную для подачи СВЧ-сигнала и преобразования его в магнитный поток и многоэлементную сверхпроводящую структуру из джозефсоновских переходов (ДП), состоящую из последовательного соединения сверхпроводящих двухконтактных квантовых интерферометров (СКВИДов), имеющих некратные площади, представляющих собой сверхпроводящий квантовый интерференционный фильтр (СКИФ-структуру), имеющий повышенный коэффициент усиления и высокую линейность отклика напряжения на магнитную компоненту электромагнитного сигнала в полосе частот 0,1-10 ГГц, а также выходной элемент, выполненный в виде сверхпроводящей полосковой линии передачи, отличающийся тем, что содержит согласующую плату, предназначенную для задания входного электромагнитного сигнала в резонансную цепь СКИФ-структуры на чипе и снятия выходного сигнала с помощью микрополосковой линии и передачи его на выходной коаксиальный разъем, при этом на одной стороне согласующей платы размещены входная и выходная микрополосковые линии, а на другой стороне платы располагается резонатор, выполненный в виде П-образной щелевой линии, длиной λ/2,
размеры ДП, входящие в многоэлементную сверхпроводящую структуру, удовлетворяют условию: w<4λJ, где w - ширина ДП, λJ - джозефсоновская глубина проникновения магнитного поля,
СКИФ-структура располагается внутри петли входной линии задания входного электромагнитного сигнала, не имеющей демпфирующих элементов, в качестве сверхпроводника использовано соединение редкоземельных купратов общей формулы ReBa2Cu3O7-x, где Re - редкоземельный металл, а слабая связь образована бикристаллической границей.

2. Сверхпроводящий прибор по п.1, отличающийся тем, что согласующая плата выполнена из ламината с двусторонней металлизацией, толщина t и диэлектрическая проницаемость ε материала ламината выбраны обеспечивающими расчетное значение волнового сопротивления СВЧ-линий.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сверхпроводниковым устройствам и может быть использовано в радиотехнических информационных системах и вычислительной технике. .

Изобретение относится к криоэлектронным приборам и может быть использовано в измерительной технике, радиотехнических и информационных системах, работающих при низких температурах.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приемных системах для целей радиоастрономии, интроскопии и спектроскопии. .

Изобретение относится к области коммутационной электронной техники и энергетики и может быть использовано для переключения и ограничения токов в бытовых электронных устройствах, бытовых и промышленных электрических сетях, устройствах защитного отключения.

Изобретение относится к криоэлектронным приборам и может быть использовано в измерительной технике, радиотехнических и информационных системах, работающих при низких температурах.

Изобретение относится к криогенным приборам и может быть использовано в измерительной технике, радиотехнических и информационных системах, работающих при низких температурах.

Изобретение относится к криогенной радиотехнике и может быть использовано для усиления электрических сигналов в гигагерцовом диапазоне частот. .

Изобретение относится к способам создания слабых связей в виде двумерных периодических микроструктур с джозефсоновскими свойствами, используемых в высокочувствительных системах пленочных ВТСП сквид-магнитометрах, в частности, при создании высокочувствительных датчиков магнитного потока и детекторов электромагнитного поля, применяемых в устройствах для регистрации магнитокардиограмм в медицине, геофизике, экологии, контроля парамагнитных примесей в нефтепродуктах и т.п.

Изобретение относится к физике полупроводников, в частности к полупроводниковым эпитаксиальным наноструктурам с квантовыми ямами, и может быть использовано при реализации полупроводниковых приборов, работа которых основана на эффекте сверхпроводимости.

Изобретение относится к криогенной микроэлектронике, а именно к способу изготовления устройства на основе эффекта Джозефсона. .

Использование: при производстве сверхпроводниковых интегральных схем (СПИС) различного назначения. Сущность изобретения: СПД на основе многослойной тонкопленочной гетероструктуры содержит два слоя сверхпроводника, образующих электроды, и прослойку с металлической проводимостью между ними из легированного металлом полупроводника. Прослойка имеет локально неоднородную структуру и выполнена с возможностью одновременного образования в ее объеме двух независимых каналов транспорта тока, один из которых представляет собой совокупность цепочек примесных атомов металла, соединяющих оба электрода и образующих квазиодномерные каналы с металлической проводимостью для транспорта сверхпроводящего тока, а другой - состоит из отдельно расположенных примесных атомов металла, образующих локализованные состояния примесных центров и обеспечивающих транспорт нормального туннельного тока, причем упомянутые квазиодномерные каналы представляют собой внутренние шунты для туннельного тока в прослойке. Способ включает последовательное нанесение на подложку первого и второго слоев сверхпроводника, прослойки легированного металлом полупроводника между ними, формируемой путем распыления полупроводника и металла. Технический результат: исключение непосредственного протекания тока через прослойку с обеспечением резонансных механизмов транспорта тока, увеличение характерного напряжения и дифференциального сопротивления СПД; улучшение воспроизводимости параметров за счет использования более толстых слоев легированного полупроводника. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

Изобретение направлено на повышение линейности усиления в гигагерцовом диапазоне частот без использования цепей обратной связи. СВЧ-усилитель на основе высокотемпературного СКВИДа включает идентичные и параллельно соединенные первый и второй джозефсоновские контакты, образованные в слое высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП) и размещенные вдоль бикристаллической границы подложки, и входной индуктивный элемент, включенный между смежными токоподводами джозефсоновских контактов. Дополнительно введены третий и четвертый джозефсоновские контакты, причем критический ток первого, второго джозефсоновских контактов совпадает, третьего - меньше этой величины, а четвертого контакта - превышает эту величину. Слой ВТСП имеет форму дорожки, которая дважды пересекает бикристаллическую границу и образует замкнутый контур с упомянутым индуктивным элементом, расположенным по одну сторону бикристаллической границы. Третий и четвертый джозефсоновские контакты размещены в местах пересечений упомянутой дорожки с бикристаллической границей, а ширина дорожки в месте размещения четвертого контакта превышает одноименную для третьего контакта. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к приборам с использованием сверхпроводимости, в частности к приборам с переходом между различными материалами с использованием эффекта Джозефсона. Указанный результат достигается тем, что предложен способ формирования тонкопленочных микромостиков, в котором наносят сверхпроводящий материал на подложку через маску, при этом в качестве маски используют пластины из тугоплавких материалов заданной геометрии, между остриями пластин при начальной фиксированной температуре T1 формируют величину первичного фиксированного зазора d1 и его геометрию, рассчитывают величину вторичного зазора, получаемой ширины микромостика d2 в зависимости от конечной фиксированной температуры T2 по формуле d2=d1-{α1L1(T2-T1)+α2L2(T2-T1)}-α3{(L1+L2+d1)(T2-T1)}, где: L1 - расстояние от линии фиксации первой пластины до зазора, L2 - расстояние от линии фиксации второй пластины до зазора, T1 - начальная фиксированная температура, T2 - конечная фиксированная температура, α1 - температурный коэффициент теплового расширения первой тугоплавкой пластины, α2 - температурный коэффициент теплового расширения второй тугоплавкой пластины, α3 - температурный коэффициент теплового расширения подложки, затем производят: нагрев, напыление или лазерную абляцию сверхпроводящего материала фиксированной длительности t и фиксированной энергии E, определяющих конечную фиксированную температуру T2. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Технический результат изобретения состоит в увеличении изменения амплитуды критического тока перехода под действием малого магнитного потока по сравнению с предыдущими геометриями, что открывает возможности для миниатюризации сверхпроводящих элементов памяти. Дополнительный технический результат изобретения состоит в возможности обеспечить достаточно высокую характерную частоту джозефсоновской гетероструктуры, и, как следствие, достаточно высокое быстродействие элемента памяти на ее основе. Высокочастотный сверхпроводящий элемент памяти, выполненный в планарной, торцевой или мостиковой геометрии, состоит из двух сверхпроводящих электродов и области слабой связи, включающей магнитные слои с непосредственной, туннельной или резонансной проводимостью и сверхпроводящий слой между ними. Отличие от известных ранее джозефсоновских SFS структур состоит в том, что при изменении направления намагниченности одного из магнитных слоев в сверхпроводящей пленке, локализованной в области слабой связи между магнитными слоями, происходит фазовый переход из нормального состояния в сверхпроводящее или из сверхпроводящего в нормальное. 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к криогенной электронике, представляет собой джозефсоновский 0-π переключатель и может быть использовано в измерительной технике, радиотехнических и информационных системах, работающих при низких температурах, в устройствах сверхпроводниковой электроники. Устройство выполнено по планарной технологии и состоит из двух сверхпроводящих электродов и области слабой связи, включающей магнитный слой с непосредственной или резонансной проводимостью, слой изолятора и сверхпроводящий слой между ними, а также два вспомогательных сверхпроводящих подвода для задания тока через магнитный слой. Техническим результатом является изменение величины критического тока джозефсоновской гетероструктуры под действием малого токового сигнала по сравнению с предыдущими геометриями, а также возможность переключения между состояниями с разными знаками критического тока, возможность обеспечить достаточно высокую характерную частоту джозефсоновской гетероструктуры и, как следствие, достаточно высокое быстродействие элемента памяти на ее основе. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Использование: для измерения слабых магнитных потоков. Сущность изобретения заключается в том, что флаксонный баллистический детектор включает генератор одноквантовых импульсов, приемник одноквантовых импульсов со схемой сравнения, две джозефсоновские передающие линии, соединяющие генератор и приемник, соединенные сверхпроводящей перемычкой, связанной магнитным образом с объектом исследования. Технический результат: обеспечение возможности реализации измерения сверхслабых сигналов. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Использование: для создания сверхпроводникового джозефсоновского прибора. Сущность изобретения заключается в том, что сверхпроводниковый джозефсоновский прибор с композитной магнитоактивной прослойкой на основе тонкопленочной структуры имеет планарную геометрию из тонких пленок в виде гетероструктуры Sd-M-S (Sd - базовая пленка купратного сверхпроводника, М - композитная магнитоактивная прослойка, S - верхний сверхпроводящий электрод), сформированный на подложке из кристалла NdGaO3 с ориентацией (110), в качестве базовой пленки Sd используется эпитаксиально выращенная пленка сверхпроводящего купрата YBa2Cu3O7-δ, в качестве композитного магнитоактивного слоя М используются последовательно осаждаемые пленки рутената стронция SrRuO3 (SRO) толщиной dSRO и оптимально допированного манганита La0.7Sr0.3MnO3 (LSMO) толщиной dLSMO, а в качестве верхнего электрода S используется сверхпроводящая тонкопленочная двуслойка AuNb, толщины SRO и LSMO пленок определяются числом импульсов лазерной абляции, обеспечивая расчетное соотношение dSRO и dLSMO относительно соответствующих длин когерентности ξF в SRO и LSMO, толщина композитной пленки dM=dSRO+dLSMO может варьироваться от единиц до десятков нанометров, толщина Au в верхнем электроде AuNb должна обеспечивать сверхпроводящий эффект близости и составляет величину порядка нескольких единиц нанометров, при этом тонкопленочная топология прибора формируется вместе со сверхпроводниковой тонкопленочной антенной из пленок Sd и S, расположенных на той же подложке, а планарный размер L Sd-M-S структуры (в плоскости слоев) варьируется от долей до десятков микрометров. Технический результат: обеспечение возможности создания сверхпроводникового джозефсоновского прибора. 4 ил.

Использование: для изготовления устройства с субмикронным джозефсоновским π-контактом. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления устройства с субмикронным джозефсоновским π-контактом заключается в том, что в качестве слабой связи джозефсоновского перехода используют единичный нанопровод, сформированный из последовательно чередующихся магнитных и немагнитных участков таким образом, что магнитный участок имеет субмикронные размеры во всех направлениях X, Y, Z, где Z - направлен вдоль нанопровода, а немагнитные участки выполнены из сверхпроводящего материала или из нормального металла с большими длинами когерентности ξN, который помещают горизонтально на подложку и подводят к немагнитным участкам сверхпроводящие контакты. Технический результат: обеспечение возможности достижения более высоких значений электрофизических параметров. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для создания джозефсоновского магнитного поворотного вентиля. Сущность изобретения заключается в том, что джозефсоновский магнитный поворотный вентиль включает два сверхпроводящих электрода с токоподводами и область слабой связи между ними в виде тонкопленочной слоистой структуры, содержащей: промежуточный сверхпроводящий слой, отделенный от нижнего сверхпроводящего электрода слоем изолятора; нанесенный на часть промежуточного сверхпроводящего слоя слой нормального металла; слой магнитного материала, нанесенный как на слой нормального металла, так и на оставшуюся не закрытой последним поверхность промежуточного сверхпроводящего слоя с образованием границы между слоем нормального металла и слоем магнитного материала. Технический результат: обеспечение возможности увеличения изменения амплитуды критического тока перехода под действием малого магнитного потока. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: для создания элементов быстрой криогенной памяти. Сущность изобретения заключается в том, что джозефсоновский фазовый доменный вентиль включает два расположенных на подложке друг под другом сверхпроводящих электрода с токоподводами и область слабой связи между ними в виде тонкопленочной слоистой структуры, содержащей: промежуточный слой сверхпроводящего материала с токоподводами, толщина которого лежит в диапазоне от 20 до 60 нм, отделенный от нижнего сверхпроводящего электрода слоем изолятора; нанесенный на часть тонкого промежуточного слоя сверхпроводящего материала слой нормального металла, толщина которого лежит в диапазоне от 1 до 20 нм; слой магнитного материала, нанесенный на оставшуюся не закрытой слоем нормального металла поверхность тонкого промежуточного слоя сверхпроводящего материала, толщина которого лежит в диапазоне от 1 до 20 нм. Технический результат: обеспечение возможности переключения между устойчивыми состояниями вентиля без изменения намагниченности в слое магнитного материала, что обеспечивает достаточно малое время на реализацию операции записи. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2013-05-27 2013-05-27T15:11:30
Наверх