Отзыв_вед_орг (Сверхпроводящие квантовые решетки как широкополосные активные устройства)

«УТВБРЖДАЮ» Врио директора Федера,пьнага государственного бюджетного учр~~гдения:науЩ «Физико-технологический " ",, ' институт''.российской академии наук» -,",.'.;Д41; —;ыф:,;-'Фф РР у «4 3» марта 201б года ОТЗЫВ ведущей организации на диссертационную работу Колотинского Николая Васильевича «Сверхпроводящие квантовые решетки как широкополосные активные устройства», представленную на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.04 — «физическая электроника».

Диссертационная работа Н.В. Колотинского посвящена исследованию достижимых характеристик сверхпроводящих квантовых решеток (СКР) на основе дифференциальных квантовых ячеек, а также изучению широкополосных активных устройств, реализованных на базе СКР, в том числе активных электрически малых антенн. Аналоговые и цифровые устройства сверхпроводниковой электроники, в основе физики которых лежат макроскопические квантовые эффекты в сверхпроводниках, обладают уникальными характеристиками, недоступными для полупроводниковой электроники, что открывает широкие возможности для разработки устройств, способных работать в верхних диапазонах частот сигналов, обеспечивающих высокие скорости обработки информации и предельно высокую чувствительность.

Прогресс в области цифровых устройств на основе быстрой одноквантовой логики открывает, в том числе, новые возможности в развитии технологий приема, обработки и защиты информации на основе широкополосных приемных систем с прямой оцифровкой входного сигнала. В то же время, создание широкополосных низкошумящих сверхпроводниковых активных устройств (усилителей, активных антенн) высокочастотного диапазона (до 10 ГГц) с большим динамическим диапазоном остается нерешенной, но крайне востребованной задачей.

В настоящее время решение этой задачи связывается с использованием специальных многоэлементных джозефсоновских структур— сверхпроводящих квантовых решеток. Поэтому данная работа, посвященная изучению достижимых характеристик СКР на основе дифференциальных квантовых ячеек и широкополосных активных устройств, реализованных на базе СКР, в том числе активных электрически малых антенн, ивляетси крайне актуальной.

В диссертационной были впервые получены следующие основные результаты: 1. Выполнен аналитический и численный анализ дифференциальных квантовых ячеек. Показано, что использование таких ячеек позволяет достичь линейности выходного напряжения в ненагруженном состоянии до 100 дБ. 2. Выполнено исследование влияния нагрузки на линейность выходного напряжения сверхпроводящей квантовой решетки как активного двухполюсного элемента. Показано, что влияние достаточно высокоомной нагрузки может быть в значительной степени скомпенсировано.

3. Разработана стратегия оптимального сопряжения активной электрически малой антенны с последующими элементами приемной системы с низким входным импедансом. 4. Выполнено изучение размерных эффектов в активной электрически малой антенне и их влияния на линейность выходного сигнала. 5. Выполнено экспериментальное изучение прототипа активной электрически малой сверхпроводящей антенны на основе сверхпроводящих квантовых решеток, содержащей 588 дифференциальных квантовых ячеек с оптимизированной топологией, подтверждающее результаты теоретических исследований.

Достигнуты значения крутизны линейного преобразования магнитного сигнала в напряжение 8000 мкВ/мкТ с размахом (удвоенная амплитуда) отклика напряжения до 100 мВ. Достоверность результатов, приведенных в диссертации, подтверждается тем, что они были получены автором с использованием современных математических методов, вычислительных средств и программного обеспечения, а также современных технологий и экспериментального оборудования. Численный анализ сосредоточенных джозеф сон овских структур проводился с использованием наиболее эффективного программного обеспечения для численного моделирования сверхпроводниковых схем РЯСАМ. Теоретические результаты подтверждены экспериментальными исследованиями.

Полученные результаты обладают практической ценностью и могут быть использованы при разработке сверхпроводниковой электроники и информационных технологий и служить основой для последующих опытно- конструкторских разработок в области приема, обработки и защиты информации. Разработка технологии приема большого числа сигналов от различных источников с последующей параллельной обработкой сигналов является актуальной, и результаты исследования смогут найти широкое применение в разных системах беспроводной связи.

Диссертация изложена на 127 страницах, содержит введение, 5 глав, заключение, 2 приложения, 55 рисунков, 2 таблицы, Список использованной литературы состоит из 104 источников, список публикаций автора содержит 14 работ. В введении диссертационной работы рассмотрены вопросы актуальности и практической ценности работы, раскрыты научная новизна, вопросы авторства, приведены данные о публикациях автора и апробации результатов работы, сформулирована цель работы.

Первая глава содержит обзор литературы, включающий рассмотрение свойств джозефсоновских переходов, краткий обзор цифровой сверхпроводниковой электроники, а также описание многоэлементных джозефсоновских систем. В заключение главы сформулирована основная задача диссертационной работы и приведена постановка задачи. Во второй главе описывается методы численного линейности отклика напряжения на магнитный сигнал. На основании данных методов и сформулированной автором аппроксимационной модели проведен полный анализ дифференциальных квантовых ячеек с целью их оптимизации.

Показано, что линейность отклика такой ячейки может достигать величины в 100 дБ. В третьей главе рассмотрено влияние внешней нагрузки на дифференциальную квантовую решетку и сверхпроводящую квантовую решетку на ее основе. Предложены методы согласования СКР с последующими устройствами, в том числе, низкоомными, позволяющие сохранить величину достигнутой линейности. Четвертая глава диссертационной работы посвящена исследованию СКР в составе активных электрически малых антенн (ЭМА). Был проведен анализ влияния размерных эффектов на линейность функции отклика ЭМА для различных реализаций таких антенн и приведены диаграммы направленности.

В последней, питой главе, приведены данные экспериментального исследования прототипа ЭМА, изготовленного с использованием стандартной тонкопленочной ниобиевой технологии. Описаны экспериментальные методики и приведены данные исследования: величина крутизны преобразования магнитного сигнала в напряжения, составляющая 8000 мкВ/мкТл, и размах отклика напряжения, составляющий 100 мВ, сделана оценка предельной чувствительности такой антенны. В приложениях описаны методы численного анализа линейности и проведено их сравнение; изложены вопросы трехмерного моделирования поведения сверхпроводящих структур в поле падающей электромагнитной волны. К замечаниям по тексту диссертации можно отнести следующее: 1.

На рисунках 2,7 изображены зависимости для одного плеча дифференциальной квантовой решетки, но на графике указано обозначение "0У", которое в дальнейшем тексте диссертации применяется для напряжения всей дифференциальной решетки. 2. В Главе 4 при рассмотрении размерных эффектов на рисунках 4.16 и 4.17 изображен только вектор распространения волны, а вектор магнитного поля (направленный перпендикулярно структуре) приведен только на рисунке 4.4, что вызывает некоторое неудобство восприятия материала.

3. В Главе 5 приводятся результаты экспериментального анализа, в том числе полученные значения крутизны преобразования и чувствительности бестрансформаторной антенны на основе дифференциальных квантовых ячеек. Желательно было бы сравнить данные числа с литературными данными для различных сквид-систем. 4. В Главе 5 не указано при каких частотах внешнего магнитного сигнала проводилось экспериментальное исследование. Однако, указанные замечания не затрагивают сути полученных результатов и не влияют на общую положительную оценку диссертационной работы. Диссертация Н.В. Колотинского выполнена на высоком теоретическом уровне и является самостоятельным, законченным и цельным научным исследованием по актуальной тематике создания широкополосных активных устройств на основе сверхпроводящих квантовых решеток.