Исследование динамических процессов в джозефсоновских устройствах сверхпроводниковой электроники (1097559)
Текст из файла
На правах рукописиКОРНЕВ Виктор КонстантиновичИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВВ ДЖОЗЕФСОНОВСКИХ УСТРОЙСТВАХ СВЕРХПРОВОДНИКОВОЙЭЛЕКТРОНИКИСпециальность01.04.04. – физическая электроникаАвтореферат диссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукМосква - 2007Работа выполнена в отделе микроэлектроники НИИЯФи кафедре АФФП и МЭ физического факультетаМосковского государственного университета им. М.В. Ломоносова.Официальные оппоненты:доктор физико-математических наук, профессор Гольцман Григорий Наумович(Московский Государственный Педагогический университет)доктор физико-математических наук, профессор Васильев Александр Николаевич(Физический факультет МГУ им.
М.В. Ломоносова)доктор физико-математических наук, профессор Кошелец Валерий Павлович(Институт Радиотехники и Электроники Российской Академии наук)Ведущая организация:Физико-Технологический институт РоссийскойАкадемии наукЗащита диссертации состоится “ 1 ” ноября 2007 г. в 16 часов назаседании Диссертационного совета Д 501.001.66 в Московском государственномуниверситете им. М. В.
ЛомоносоваАдрес: 119992, Москва, Ленинские горы 1, кор. 2, физический факультетМГУ, аудитория 5-19.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ им. М.В. Ломоносова.Автореферат разослан “”2007 г.Ученый секретарьДиссертационного совета Д 501.001.66доктор физико-математических наукА. П. Ершов2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыОткрытие макроскопических квантовых эффектов в сверхпроводниках в 1957 - 1963годах [1-5] положило начало развитию современной сверхпроводниковой электроники.
Впервую очередь были получены рекордные достижения в области низкочастотных устройств– магнитометров и градиентометров на основе свехпроводящих квантовых интерферометров,или сквидов (англ.: SQUID – Superconducting Quantum Interference Device), которые вчастотном диапазоне от долей герца до единиц мегагерц имеют энергетическое разрешениепорядка 10-30…10-32 Дж/Гц, то есть близкое к постоянной Планка h (в отдельныхэкспериментах было получено разрешение δE/∆F ≈ 2h [6-8]), и чувствительность помагнитному потоку δФ/(∆F)1/2 порядка (10-5·…10-6)Ф0, где Ф0 = h/2e ≈ 2·10-15 Вб – квантмагнитного потока. Такие магнитометры нашли применение в магнитокардиографии,магнитоэнцефалографии, геофизике, в системах сверхнизкочастотной связи, устройствахнеразрушающего контроля металлических конструкций; пикоамперметры на основе сквидовобладают рекордной чувствительностью при измерении постоянного тока.Джозефсоновскиепереходыхарактеризуютсяоченьвысокимбыстродействием:характерная частота Fc джозефсоновских элементов на основе низкотемпературныхсверхпроводников лежит в диапазоне сотен гигагерц, а в случае высокотемпературныхсверхпроводниковможетдостигатьединицидажедесятковтерагерц.Высокоебыстродействие, высокая чувствительность, предельно низкая энергия переключенияджозефсоновских элементов EJ = Φ0IC = 2·10-15 Вб х 10-4 А ≈ 10-18 Дж открывает большиеперспективы для разработки аналоговых и цифровых устройств, которые способны работатьв более высоких диапазонах частот сигналов, обеспечивать более высокие скоростиобработки информации.
Так, например, использование джозефсоновских переходов с схемахпараметрических усилителей позволяет получить чувствительность устройств, близкую кквантовому пределу на частотах от единиц до сотен гигагерц. Смесители на основетуннельных джозефсоновских переходов не имеют равных себе аналогов по шумовойтемпературе в частотном диапазоне 50 – 500 ГГц (миллиметровый и субмиллиметровыйволновойдиапазоны),итакиесмесителиужеустанавливаютсянакрупнейшихрадиотелескопах США и Европы.
Разрабатываются полностью интегральные спектрометрымиллиметрового диапазона волн для мониторинга атмосферы [9]. Джозефсоновскиепереходы позволяют также создавать узкополосные перестраиваемые генераторы сигналовмиллиметрового,субмиллиметровогоиближнегоинфракрасногодиапазоновотличающиеся исключительно малой потребляемой мощностью и габаритами.3волн,Прогресс современных цифровых технологий в значительной степени связывается сразвитием сверхпроводниковых цифровых устройств на основе быстрой одноквантовойлогики, известной как RSFQ-логика (Rapid Single Flux Quantum logic), которая была впервыепредложена и введена в разработку в лаборатории криоэлектроники физического факультетаМГУ [10, 11].
Крайне низкая величина энергии переключения джозефсоновских элементов иих высокое быстродействие, допускающее тактовые частоты устройств на основенизкотемпературных сверхпроводников до 100 ГГц, позволяют одновременно наращиватькак быстродействие, так и степень интеграции сверхпроводниковых цифровых устройств. Внастоящее время в целом ряде ведущих научных центров мира, таких как HYPRES (США),ISTEC и AIST (Япония), IPHT и PTB (Германия), VTT (Финляндия) существуетотработанная ниобиевая технология изготовления сверхпроводниковых интегральных схем.Этатехнологияужепозволиладостичьоченьвысокойинтеграцииэлементовсверхпроводниковых схем, характеризующейся числом джозефсоновских переходов (JJ) наодном чипе более десяти тысяч: 11 000 JJ/чип (ISTEC) и 12 000 JJ/чип (HYPRES).Использование макроскопических квантовых эффектов в сверхпроводниках позволяеттакжесоздаватьпреобразователивысокочувствительные(АЦП)[12-14],атакжебыстродействующиеаналого-цифровыевысокоэффективныецифро-аналоговыепреобразователи (ЦАП).
Это делает возможным разработку полностью цифровых устройств,осуществляющихприем,обработкуипередачусигналовдлясовременныхтелекоммуникационных систем в гигагерцовых и выше (десятки ГГц) диапазонах частот. Вряде таких устройств можно отметить полностью цифровой приемник высокочастотногоаналогового сигнала (тактовая частота до 11,5 ГГц), разрабатываемый в HYPRES [15]. Всвязисэтимвпоследниегодынаблюдаетсябольшойинтерескразработкевысокочувствительных усилителей гигагерцового диапазонов частот на основе сквидов [1618], которые могут обладать одновременно как малыми шумами (на уровне квантовыхфлуктуаций), так и чрезвычайно низкими мощностями энергопотребления.Наряду с развитием традиционных цифровых технологий в последнее время большоевнимание уделяется разработке квантовых алгоритмов обработки и защиты информации,разработке физических основ построения квантового компьютера, который смог быорганически дополнить и расширить возможности систем обработки, защиты и передачиинформации.
Наиболее перспективными кубитами (квантовый бит – элементарная ячейкаквантового компьютера) по многим причинам признаются твердотельные кубиты на основеджозефсоновских структур [19-25]. Одной из таких причин является возможность болеепростого решения задачи построения многокубитных систем. В то же время, одной изнаиболее остро стоящих проблем для твердотельных кубитов является проблема4декогерентнсти - самая главная на сегодня проблема квантовой информатики. В силу этогопредставляется крайне актуальным разработка и реализация так называемых “тихих”кубитов, которые предельно изолированы от воздействия окружающей среды.Решение многих задач в области разработки перспективных как аналоговых, так ицифровых устройств сверхпроводниковой электроники связывается в настоящее время сиспользованием многоэлементных джозефсоновских структур.
В число таких задач входитразработка генераторов широкополосных стохастических сигналов для передачи и защитыинформации, узкополосных генераторов для приемных устройств миллиметрового исубмиллиметрового диапазонов волн, выходных усилителей одноквантовых импульсов дляпередачислабыхсигналовцифровойRSFQлогикивполупроводниковыецепи,высокочувствительных и высоколинейных усилителей гигагерцового диапазона волн,фазовых кубитов с достаточно большим временем декогерентности, систем кубитов,устройств считывания информации и цепей управления работой кубитов.Поэтомуданнаяэкспериментальномудиссертационнаяисследованиюработа,динамическихпосвященнаяпроцессовтеоретическомувразличныхитипахмногоэлементных джозефсоновских структур и изучению физических основ использованиятаких структур для создания новых перспективных аналоговых и цифровых устройствсверхпроводниковой электроники, является весьма актуальной.Цель диссертационной работы1.
Развитиеметодовчисленногоианалоговогомоделированиядинамикимногоэлементных джозефсоновских структур и расчета динамических характеристик;разработка многоканального автоматизированного измерительного стенда для исследованиямногоэлементных джозефсоновских интегральных схем.2. Изучение сложных хаотических и стохастических процессов в одно- и двухконтактныхсверхпроводящих квантовых интерферометрах, формулировка необходимого условиявозникновения хаоса в таких устройствах.3. Развитие теории высокочастотных сквидов переменного тока резонаторного ибезрезонаторного типов. Экспериментальное исследование характеристик резонаторногоСВЧ сквида.4. Теоретическийджозефсоновскиханализдинамикикомпараторовтока.ипредельныхЭкспериментальноехарактеристикбалансныхисследованиебалансногокомпаратора на основе джозефсоновских элементов с безгистерезисной вольт-ампернойхарактеристикой (ВАХ).55.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
