Экспериментальные исследования токовых состояний низкоразмерных сверхпроводников (1097964), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Стрелками обозначеныожидаемые положения особенностей In=n×(2e)×fRF, n=1,2,3...В полной аналогии с классическим ДжК, демонстрирующим приприложении внешнего ВЧ излучения ступеньки напряжения на ВАХ – эффектШапиро, облучение смещенного по току сверхпроводящего канала в режимеКПФ приводит к возникновению особенностей – Блоховских ступенек - призначениях In=n×(2e)×fRF, n=1,2,3… (Рис.
7 , правая панель). Этот эффект былвпервыепродемонстрированвдиссертации29иявляетсяоткрытиемфундаментальнойважностидляфизикиконденсированногосостояния,подтверждающим эквивалентность эффектов Джозефсона и квантовогопроскальзывания фазы. Помимо научной значимости, ожидается, что эффектможет найти практическое применение в метрологии в качестве квантовогоэталона электрического тока. Обнаружение в сверхтонких сверхпроводящихнаноструктурах Кулоновской блокады и Блоховских ступенек являетсяглавным результатом седьмой Главы.В Заключении сформулированы основные результаты и выводы работы.1.Проведены прецизионные измерения гальваномагнитных характеристикширокого класса квазиодномерных сверхпроводящих микро- и наноструктурпри низких и сверхнизких температурах вплоть до 8 мК и магнитных поляхдо 9 Т.2.Разработанаметодикаизготовлениягибридныхсверхпроводящихнаноструктур на базе сверхпроводящих нитевидных монокристаллов илитографически изготовленных наноконтактов.
Разработана и запатентованаметодика обработки наноструктур направленным пучком ионов инертногогаза. Использование малых ускоряющих напряжений до 1 кВ не вноситдефектовиобеспечиваетуменьшениеэффективногодиаметраквазиодномерных наноструктур с шагом до 1 нм вплоть до рекордно малыхзначений менее 10 нм с шероховатостью поверхности ± 1 нм.3.Обнаружены ступенчатые особенности на ВАХ монокристаллическихсверхпроводящих микропроводов с диаметром менее 12 мкм и с длиной до 1см, положение которых может быть объяснено дальнодействующимвзаимодействием центров проскальзывания фазы. Обнаружены ступенчатыеособенности на температурных зависимостях сопротивления гибридныхсверхпроводящих наноструктур на базе сверхпроводящих нитевидныхмонокристаллов из олова и литографически изготовленных наноконтактов изнормального металла (золото или медь), которые отсутствуют в аналогичныхструктурах со сверхпроводящими электродами (ниобий).304.При сверхнизких температурах порядка 20 мКобнаружено изменениеформы вольт-амперных характеристик туннельных контактов медь – оксидалюминия – алюминий в зависимости от величины тока инжекции ирасстояния до удаленного туннельного контакта (инжектора).
Эффект связанс инжекцией неравновесных квазичастичных возбуждений, концентрациякоторых релаксирует на характерных масштабах 5±1.5 мкм и 40±20 мкм длязарядового и энергетического дисбаланса, соответственно. Передложенамодель, дающая согласие с экспериментом. Эффект исключительно важендля описания электронного транспорта в гибридных сверхпроводящихсистемах (суб)микронных размеров, таких как твердотельные холодильникии болометры на горячих/холодных электронах.5.В многосвязных алюминиевых наноструктурах обнаружена нелокальнаяпространственнаяхарактернойабсолютнаязависимостькорреляционнойвеличинапараметрадлиной,которойпорядка,температурнаяотличаетсяотдлиныописываемаязависимостьикогерентностиГинзбурга-Ландау.
Показано, что учет этой нелокальности принципиален дляописания соответствующих физических процессов в сверхпроводящихсистемах (суб)микронных размеров.6.В коротких алюминиевых наноструктурах обнаружен рост сопротивленияперед началом сверхпроводящего перехода. Плохая воспроизводимостьаномалии и зависимость ее амплитуды от конкретного расположенияподводящих контактов свидетельствуют о паразитной природе явления,которое может быть объяснено случайной формой фазовых границнормальныйметалл–сверхпроводникиособенностямиконверсиинормального электрического тока в сверхток на сооответствующих границах.7.Обнаружено,чтовквазиодномерныхсверхпроводящихканалахтермодинамические флуктуации размывают форму резистивного перехода.
Внаиболее тонких структурах (с эффективным диаметром менее 15 нм дляалюминия, и - менее 35 нм для титана) квантовые флуктуации параметра31порядка приводят к конечному сопротивлению системы при сколь угодномалых температурах. Последнее явление накладывает фундаментальныеограничения на использование сверхпроводников нанометровых размеров вкачестве проводников бездиссипативного электрического тока.8.Обнаружено, что на вольт-амперных харктеристиках наиболее тонкихтитановых нанопроводов, измеряемых в режиме фиксированного тока,наблюдаетсяКулоновскаяблокадаи,приприложениивнешнеговысокочастного излучения – ступенчатые особенности при квантованныхвеличинах задающего тока (Блоховские ступеньки).
Эффект являетсяоткрытием значительной важности, доказывающим дуальность двух систем:тонких сверхпроводящих каналов в режиме квантовых флуктуаций иДжозефсоновских каналов с большой величиной зарядовой энергии. Помимочисто фундаментального значения, обнаруженный эффект может служитьбазисом для разработки важного метрологического приложения - квантовогоэталона электрического тока. Когерентное взаимодействие квантовыхфлуктуаций (квантовых проскальзываний фазы) приводит к формированиюквантовой двухуровневой системы, которая может использоваться каклогический элемент квантового компьютера.
Ожидается, что использованиесоответствующих устройств (qubit) должно революционизировать такиеобласти как вычислительная техника и криптография.ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА[1]. G. F. Taylor. A method of drawing metallic filaments and a discussion of theirproperties and uses // Phys. Rev. 23(5):655--660 (1924).[2]. E. I. Givargizov. Highly Anisotropic Crystals, Series: Material Science ofMinerals and Rocks. Springer-Verlag GmbH, Berlin Heidelberg, Germany(1987).32[3]. K. Yu. Arutyunov, T. V.
Ryynänen, J. P. Pekola, and A. B. Pavolotski.Superconducting transition of single-crystal tin microstructures // Phys. Rev. B,63(9):092506-1 -- 092506-4 (2001).[4]. M. Zgirski, K-P. Riikonen, V. Tuboltsev, P. Jalkanen, T. T. Hongisto and K. Yu.Arutyunov. Ion beam shaping and downsizing of nanostructures //Nanotechnology 19:055301-1 -- 055301-6 (2008).[5]. K. Yu. Arutyunov. Ion beam etching method and ion beam etching apparatus //patent FI-122010 (2011).[6]. J. Meyer and G. V. Minnegerode. Instabilities in the transition curve of currentcarrying onedimensional superconductors // Phys. Lett., 38A:529 -- 530 (1972).[7].
R. Tidecks. Current-Induced Nonequilibrium Phenomena in Quasi-OneDimensional Superconductors. Springer, NY (1990).[8]. M. Tinkham. The interaction of phase-slip centers in superconducting filaments// J. Low Temp. Phys. 35:147--151 (1979).[9]. K. Yu. Arutyunov, N. P. Danilova, A. A. Nikolaeva. Galvanomagneticproperties of quasi-one-dimensional superconductors // J. Appl. Phys. 76, 7139 - 7140 (1994).[10].
K. Yu. Arutyunov, N. P. Danilova, A. A. Nikolaeva. Nonequilibriumgalvanomagnetic properties of quasi-one-dimensional superconductors //Physica C 235 – 240: 1967 -- 1968 (1994).[11]. V. P. Galaiko E. V. Bezugly, E. N. Bratus. On the theory of voltage jumps in onvoltage-current characteristics of supercondcuting channels // Sov: Fizika NizkixTemperatur, 3(8):1010 -- 1021 (1977).[12]. J.
Clarke in Nonequlibrium superconductivity, Phonons, and KapitzaBoundaries. Edited by K. E. Gray, Plenum Press, New York (1981).[13]. R. Yagi. Charge imbalance observed in voltage-biased superconductor - normaltunnel junctions // Phys. Rev. B. 73:134507-1 --134507-4 (2006).[14]. R. Morimoto, T. Matsumura, R. Yagi, K. Tsuboi and H. Kobara.
Study of quasiparticlerecombinationrateby33injectionexperimentusingnarrowsuperconducting wire and dc-SQUID junctions // J. Phys. Soc. Jpn., 78:054704 -054707 (2009).[15]. K. Yu. Arutyunov, H.-P. Auraneva, and A. S. Vasenko. Spatially resolvedmeasurement of nonequilibrium quasiparticle relaxation in superconductingaluminium // Phys. Rev. B, 83(10):104509-1 -- 104509-7 (2011).[16]. P. G. de Gennes. Superconductivity in metals and alloys. Addison-Wesley,NewYork (1966).[17]. N. E. Israeloff, F.
Yu, A. M. Goldman, and R. Bojko. Nonlocal paraconductanceof small superconducting loops // Phys. Rev. Lett. 71:2130--2133, (1993).[18]. C. Strunk, V. Bruyndoncx, V. V. Moshchalkov, C. Van Haesendonck, Y.Bruynseraede,andR.Jonckheere.Nonlocaleffectsinmesoscopicsuperconducting aluminum structures // Phys. Rev. B 54:R12701--R12704(1996).[19].
L. I. Glazman, F. W. J. Hekking, and A. Zyuzin. Nonlocal resistance oscillationsnear the superconducting transition // Phys. Rev. B 46:9074--9081 (1992).[20]. W. A. Little and R. D. Parks. Observation of quantum periodicity in thetransition temperature of a superconducting cylinder // Phys. Rev. Lett. 9:9--12(1962).[21]. K. Yu. Arutyunov, J. P. Pekola, A. B. Pavolotski, and D.
A. Presnov.Nonlocality in superconducting microstructures // Phys. Rev. B 64:064519-1 -064519-6 (2001).[22]. S. V. Lotkhov, A. B. Pavolotski, K. Yu. Arutyunov, D. A. Presnov, and L.Rinderer. Resistive state anomaly in superconducting nanostructures // Phys.Rev. B 59:6487--6498 (1999).[23]. P. Santhanam, C. C. Chi, S. J. Wind, M. J. Brady, and J. J. Bucchignano.Resistance anomaly near the superconducting transition temperature in shortaluminum wires // Phys.
Rev. Lett. 66:2254—2257 (1991).[24]. Y. K. Kwong, K. Lin, P. J. Hakonen, M. S. Isaacson, and J. M. Parpia.Interfacial resistive anomaly at a normal-superconducting boundary // Phys.Rev. B 44:462--465 (1991).34[25]. H. Vloeberghs, V. V. Moshchalkov, C. Van Haesendonck, R. Jonckheere, andY. Bruynseraede. Anomalous Little-Parks oscillations in mesoscopic loops //Phys. Rev. Lett. 69:1268--1271 (1992).[26]. I. L. Landau and L. Rinderer.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
