Отзыв оппонента Тарасова (Сверхпроводящие квантовые решетки как широкополосные активные устройства)

отзывофициального оппонента на ди ссертацию Н.В.Колотинского«Сверхпроводящие квантовые решетки как широкополосныеактивные устройства», представленную на соискание ученой степеникандидата физико-математических наук по специальности01.04.04:«физи ческая электроника» .Диссертационная работа Н.В.Колотинского посвящена исследованию достижимыххарактеристиксверхпроводящихквантовыхрешетокнаосноведифференциальныхквантовых ячеек, а также изучению активных устройств, реализуемых на базе такихрешеток, в том числе электричес ки малых антенн .Базовым элементом таких устройствявляется сверхпроводииковый квантовый интерферометр (сквид), в котором расширениеди нам ического диапазона и л и не йности на низких частотах в традиционных устройствахдостигаются за счет использования внешней цепи обратной связи .устройствахреализоватьдинамическоготакуюдиапазонаисхемуневозможнолинейностииВ широкополосныхпроблемырешаютсяпутемрасширенияиспользованиямного элементных структур.Цельюдиссертационнойисследованиедостижимыхдифференциальныхработыявляетсяхарактеристикквантовыхячеек,теоретическоесверхпроводящиха такжеразработкаиэкспериментальноеквантовыхирешетокреализацияипрототипаактивной электрически малой антенны на основе тонкопленочной ниобиевой технологииинтегральных схем :Актуальность работы заключается в поставленной задаче зн ачительно увеличитьлинейность и динамический диапазон сверхпроводящих квантовых решеток, которыемогут быгь использованы в качестве широкополосных активных приемных устройств.Научная новизна работы заключается в следующем:Разработаны и применены методы многопараметрического анализа и оптимизациимногоэлементных устройств с высокой линейностью.Впервые рассмотрена задача влияния нагрузки на линейность квантовых ячеек иусловия компенсации этого воздействия.Исследована задача создания интерфейса, который мало возмущает характеристикималой сверхпроводящей антенны при сопряжении с низкоомными устройствами.Впервые изучены размерные эффектыв активных электрически малых антеннахсверхпроводящих квантовых решеток и их влияние на линейность выходного сигнала.Создан и исследован прототип активной электри чески малой антенны, содержащей588 ячеек,Ви имеющей крутизну преобразования сигнала в напряжениеходечисленноговыполненияработымоделированияди ссертантомрассмотренныхбылиосвоенымногоэлементных8000 вrrл.современныеметодысверхпроводниковыхструктур, расчет динамических характеристик квантовых решеток.

Автор принял участиев создании аналитической теории дифференциальной квантовой ячейки, разрабатывал иоптими зировал топологии экспериментальных структур , которые затем и зготавливалисьфирмойHYPRES(США) и та.'! же экспериментально исследовались с участием автора.В результате получены следующие основные результаты:•Выполнен анализ дифференциальных квантовых ячеек и их оптимизация.Показано, что линейность выходного напряжения в идеале может достигать•100 дБ .Исследовано влияние нагрузки на линейность выходного напряжения и показано,что влияние высокоомной нагрузки может быть скомпенсировано за счеткоррекции тока смещения;1•Разработана методика сопряжения активной электри чес ки малой антенны споследующими низкоомными элементами .

Меры сопряжения включают способсоединения ячеек в решетке и использование сверхпроводящего трансформатораимпеданса;•Исследованы размерные эффекты в активной электрически малой антенне и ихвлияние на линейность выходного сигнала. Показан о, что нарущен ие симметри ираспределения магнитного потока существенно ухудшает линейность выходногосигнала;•Изготовлены и эксп ер иментально исследо ваны бестрансформаторные электрическим алые антен ны размером 4 .3 х4 .3 мм на основе сверхпроводящих квантовыхрешеток ди ф ференциальных ячеек с крутизной преобразования8000вrгл .Полученные в диссертации результаты, несомненно, важны как для пониманияфундаментальных аспектовфизикипроцессовв многоэлементных джозефсоновскихустройствах, так и для применения таких объектов в практически значимых устройствахприема и обработки слабых сигналов .Всеосновныерезультаты,положен ныевосновудиссертации ,являютсяоригинальными и получены автором впервые .

Обоснованностъ и достоверность выводови результатов диссертационной работы обеспечены использованнем адекватных методоврасч етаидан ными .согласиемпро веде нн ыхр асч ето всп олучен н ым иэк с пер име нтальнымиЧисленн ый анализ сосредоточенных джозефсоновских структур проводился сиспользованием программн ого обеспеченияэффективныхпро граммныхпакетовPSCAN,дляявляющегося одн им из наи болеечисленногомоделиро ваниясложныхмногоэлементных с верхпро в одни ко вых схем .Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка публикаций потеме диссертации и списка цитированной литературы.

Работа изложена насодержит55127 страницах,105рисунков и два приложения . Список цитируемой литературы состоит изработ, список публикаций автора из14 работ.Во введении обоснована актуальностъ темы диссертации и определены её цели .Сформулированы научная новизна, практическая ценностъ работы, вопросы авторства иприведены ссылки на публикации автора и его участии в научных конференциях .В первой главе кратко описаны основные свойства джозефсоновских переходо в идвухконтактныхэлектрон ике.сквидов .Данкратки йобзорпоцифро войсверхпроводниковойО п исаны м ногоэлементные джозефсоно вские структуры, сверхпроводящиеквантовые решетки, сверхпроводящие кванто вые фильтры .В конце главы приведенаподробная п остановка задачи .Во второй главе изложены методы определения линейности сверхпроводящейквантовой решетки, ди фференциальной ячейки, их аналитические и численные модели .Приведевырезультатырасчето виндуктивности и амплитуды сигнала.линейностиглаве изученосразличнымизначениямиПоказано, что в идеальных условиях линейностъотклика может достигать значений вышеВ третьейячеек100 дБ .влияние нагрузкина дифференциальные квантовыеячейки, обсуждаются технические решения согласования активных устройств с трактом иустройствами оцифровки .Отмечено, что для расширения динамического диапазонаследует ис пользовать как параллельное, так и п о сл едо ватель н ое соединение элементо в,соотношени е между количеством которых определяются областью применения такихрешето к.Четвертая глава посвящена исследовани ю активн ых электрически мал ых антен н наоснове сверхпроводящих квантовых решеток .Проанализировано влиян ие размерных2•эффектов на характеристи ки активных эл ектрически малых антенн .Приведены о ценкидиаграмм направленности антенн на основе квантовых решеток.Пятая глава посвящена экспериментальному исследованию прототипов активныхэлектрическималыхантенн,изготовленныхкомпанией(США)сиспользованием стандартной ниобиевой технологии с плотностью критического тока4.5HYPRESкЛ/см 2 • Описан разработанный автором держатель микросхемы и результаты измерениявольтамперныхивольтполевыххарактеристик.Приведенозначениедостигнуго йкрутизны линейного преобразования магнитного сигнала в напряжение на р>овнеВГГл и сделана оценка предельной чувствительности на уровне 3*10·14 ТлlГц l .

.впервомприложенииописанычисленныеметодыанализа8000лин ейности,аппроксимационный подход, спектральный подход и их сравнение.Вовторомприложениисверхпроводящихструктурвизложеныполевопросыпадающейтрехмерногоанализаповеденияволны, описана модель проводника сосверхмалыми потерями и модель идеального проводника.Важным принципиальным результатом работы является получение аналитическогои численно го зн ачения достижимой линейности выходного напряжения доидеальномслучае .Детальноеисследование электр ическирешеток днфференциальных ячеек.малых антеннДБ в100на основеАналитические и численные расчеты подтвержденыэкспериментальн ыми данными, которые автор получил в лаборатории фирмыHYPRES.По содержанию диссертации имеется несколько замечан и й.1.Вназваниидиссертацииширокополосныепризнаком«Сверхпроводящиеквантовыеявляетсяустройства»широкополосностьквантовыепредполагается ,такихрешеткичтоустройств,какключевымоднаковсамойдиссертации нет никаких упоминаний о полосе приема.

Вместо этого основнойупор сделан на л и нейность и динамический диапазон, что и следовало быотразить в названии.2.При оценке динамического диапазона ипредельнойоценки шумов использована формула1.24формулашумов,дляисточникаджозефсоновскомпереходе4kT(Ri/R)(l+I/ /2r2).флуктуацийтепловыхимеети1.25аболеечувствительности дляиз книги Лихареваполноезначениесложныйвид,[23].шумовЭтонаупрощенноЭто означает, что даже в случае чисто тепловыхв рабочей точкевыходные шумы будут на порядоквыше, апредельная чувствительность и динамический днапазон на порядок хуже.3.В главе4 проэлектрически малые антенны отсутствуют оценки эффективн остипредложенных антенн . Из приведенных диаграмм направленности следует, чтопринимаемоеизлучениедолжнораспространятьсявдольподложки ,т.е .эффективная площадь такой антенны без трансформатора будет весьма малой.4.Впятойглавепредложенныхописаныквантовыхрезультатырешетокэкспериментальногоиприведеныисследованиявольтамперныеивольтполевые характеристики, однако ключевой параметр, декларируемый вднссертации-линейность, не был измерен , что вызывает некоторые сомненияв точности сделанных оценок линейности на уровнеСделанные замечанияникоим образом100 дБ.не влияют на общую положительнуюоценку ди с с е ртаци и и не затр аги вают сути полученных результатов .Автореферат правильно и полно отражает содержание диссертации.

Ее материалысвоевременно опубликованы в ведущих научных журналах(6 статей,все опубликованы в3изданиях.рекомендованных ВАК), докладывались на российскихимеждународныхконференциях .Пообъему,новизне,значимостидляпрактикиикачествупроведенн ыхисследований диссертационная работа удовлетворяет всем требованиям Положения «Оприсуждении ученых степеней», предъявляемым к кандидатским диссертациям (пункт9),а ее автор Н .В .КолотинскиЙ заслуживает присуждения ученой степени кандидата физико­математических наук по специальности0 1.04.04:«Физическая электроника».Главный научный сотрудник ИРЭ им .

В . А. Котельникова РАН,доктор физико-математических наук Тарасов Михаил АлександровичАдрес :125009 г. Москва,ул . Моховая д.11, к .7,тел .8(495)6293418tarasov@hitech.cplire.ru~ М.А.ТарасовПодпись М .А .Тарасова удостоверяюК .ф .-м .н ..И.И. ЧУСОВ4.