Автореферат (1104761)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиКолотинский Николай ВасильевичСверхпроводящие квантовые решетки как широкополосныеактивные устройства01.04.04 – физическая электроникаАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква, 2015.Работа выполнена на кафедре атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники Физического факультета Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»Научный руководитель:Корнев Виктор Константиновичдоктор физ.-мат.

наук, профессор кафедры атомной физики, физики плазмы и микроэлектроникиФизического факультета МГУ имени М.В. ЛомоносоваОфициальные оппоненты:Тарасов Михаил Александровичдоктор физ.-мат. наук, главный научный сотрудник Института радиотехники и электроники(ИРЭ) им. В.А.Котельникова РАНСеменов Александр Владимировичкандидат физ.-мат. наук, доцент Института физики, технологии и информационных систем Московского педагогического государственного университета (МПГУ)Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Физико-технологический институт Российской академии наук» (ФТИАН)Защита диссертации состоится «7» апреля 2016 года в 17 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 501.001.66 при Московском государственном университете имени М.В.

Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, д.1, стр. 2, Физический факультет МГУ.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке МГУ имениМ.В. Ломоносова и на сайтах: http://phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-D501-001-66/ и http://istina.msu.ru/dissertations/12332730/.Автореферат разослан «5» февраля 2016 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.66, к.ф.-м.н.И.Н.

КарташовОбщая характеристика диссертационной работыДиссертационная работа 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(ЭМА).Актуальность работыАналоговые и цифровые устройства сверхпроводниковой электроники, воснове физики которых лежат макроскопические квантовые эффекты в сверхпроводниках, обладают уникальными характеристиками, недоступными дляполупроводниковой электроники. Высокое быстродействие и предельно низкаяэнергия переключения джозефсоновских элементов EJ = Φ0 IC =2·10−15 Вб×10−4 А ≈ 10−18 Дж, а также исключительно высокая чувствительность сверхпроводящих квантовых интерференционных устройств, сквидов (англ.: SQUID– Superconducting Quantum Interference Device) на основе джозефсоновских переходов с энергетическим разрешением порядка 10−32 Дж/Гц (то есть близким к постоянной Планка h) открывают широкие возможности для разработкиустройств, способных работать в верхних диапазонах частот сигналов, обеспечивающих высокие скорости обработки информации и предельно высокуючувствительность.Прогресс в области цифровых устройств на основе быстрой одноквантовойлогики, известной как RSFQ-логика (Rapid Single Flux Quantum logic) [1–3], атакже высокочувствительных широкополосных аналого-цифровых преобразователей (АЦП) [4–7], открывает, в том числе, новые возможности в развитиитехнологий приема, обработки и защиты информации на основе широкополосных приемных систем с прямой оцифровкой входного сигнала [8–15].В то же время, несмотря на рекордные достижения сверхпроводниковойэлектроники в области высокочувствительных устройств, построенных на основе сквидов и предназначенных для использования в диапазоне низких частот(до ∼ 1 МГц), создание широкополосных низкошумящих сверхпроводниковыхактивных устройств (усилителей, активных антенн) высокочастотного диапазона (до 10 ГГц) с большим динамическим диапазоном остается нерешенной, но3крайне востребованной задачей.В настоящее время решение этой задачи связывается с использованием специальных многоэлементных джозефсоновских структур, получивших названиесверхпроводящих квантовых решеток (СКР).

Поэтому данная работа, посвященная изучению достижимых характеристик СКР на основе дифференциальных квантовых ячеек и широкополосных активных устройств, реализованныхна базе СКР, в том числе активных электрически малых антенн (ЭМА), является крайне актуальной.Цель работыЦелью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное исследование достижимых характеристик сверхпроводящих квантовых решеток (СКР) на основе дифференциальных квантовых ячеек, изучение широкополосных активных устройств, реализованных на базе СКР, в том числе активных электрически малых антенн (ЭМА), а также разработка и реализацияпрототипа активной ЭМА на основе тонкопленочной ниобиевой технологииинтегральных схем.Научная новизна1. Разработаны и применены методы многопараметрического анализа и оптимизации многоэлементных джозефсоновских устройств с высокой линейностью характеристик до 100 дБ, к которым относятся изучаемые в диссертационной работе сверхпроводящие квантовые ячейки.2.

Впервые рассмотрена задача анализа влияния нагрузки на линейностьхарактеристик квантовых ячеек, а также достижимой степени и условий компенсации этого воздействия.3. Исследована и сформулирована стратегия решения задачи построенияинтерфейса, мало возмущающего характеристики активной сверхпроводящейантенны при ее сопряжении с низкоомными устройствами.4. Впервые изучены размерные эффекты в активных сверхпроводящихэлектрически малых антеннах и их влияние на линейность выходного сигнала антенны за счет фазового сдвига входных сигналов в плечах дифференциальных квантовых ячеек и нарушения симметрии распределения магнитногопотока внутри квантовых ячеек.45. Реализован и исследован прототип активной электрически малой антенны бестрансформаторного типа с общим числом дифференциальных квантовых ячеек 588. Достигнуты значения крутизны линейного преобразования магнитного сигнала в напряжение 8000 мкВ/мкТ с размахом отклика напряжениядо 100 мВ.Практическая ценность работыПрактическая ценность данной работы заключается в развитии физическихоснов построения сверхпроводящих квантовых решеток (СКР) на основе дифференциальных квантовых ячеек, а также в изучении широкополосных активных устройств, реализованных на базе СКР, в том числе активных электрически малых антенн (ЭМА), и обосновании достижимых характеристик такихустройств.Полученные результаты 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 найтиширокое применение в разных системах беспроводной связи:— в стационарных станциях радиосвязи, работающих с большимколичеством источников сигналов разного уровня, для увеличения ихпроизводительности и «пропускной» способности, для одновременногоприема контента различного типа и назначения;— в системах, реализующих задачи удаленного доступа к вычислительнымцентрам и «облачные» технологии хранения и обработки информации;— в системах, реализующих новые принципы функционирования системзащиты информации посредством программно-определяемой связи, врамках которой частота и тип кодировки радиосигнала устанавливается динамически в широкой полосе частот;— в программно-аппаратных комплексах специального назначения.5Достоверность результатовДостоверность результатов, приведенных в диссертации, подтверждаетсятем, что они были получены автором с использованием современных математических методов, вычислительных средств и программного обеспечения, а также современных технологий и экспериментального оборудования.

Численныйанализ сосредоточенных джозефсоновских структур проводился с использованием программного обеспечения PSCAN, являющегося одним из наиболее эффективных программных пакетов для численного моделирования сверхпроводниковых схем [16]. Полученные результаты находятся в соответствии с имеющимися литературными данными. Теоретические результаты подтвержденыэкспериментальными исследованиями, выполненными автором на измерительном оборудовании фирмы Hypres (США), а также опубликованными результатами других независимых исследований, в том числе результатами публикаций [17, 18].Личный вклад автораВсе результаты, представленные в диссертационной работе, получены лично автором, либо при его непосредственном участии.

Автором осуществлялись:разработка ряда методов численного моделирования; конструирование узловэкспериментальной установки; проведение экспериментов и интерпретация полученных результатов; совместно с научным руководителем была поставленанаучная задача. Соискателем совместно с соавторами проводилась подготовка публикаций и докладов на конференциях. Значительная часть результатовисследований докладывалась лично автором.Апробация и публикация результатов работыОсновные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на российских и международных конференциях и симпозиумах, таких как:— Всероссийская научно-техническая конференция «МикроэлектроникаСВЧ», Санкт-Петербург, Россия, 4–12 июня 2012 г.;— Международная конференция «Микро- и наноэлектроника – 2012», Звенигород, Россия, 1–5 октября 2012 г.;— XIV Всероссийская школа-семинар «Физика и применение микроволн»(«Волны-2013»), Можайск, Россия, 20–25 мая 2013 г.;6— 14-ая Международная конференция по сверхпроводниковой электронике (14th International Superconducting Electronics Conference, ISEC-2013),Кембридж, Массачусетс, США, 7–11 июля 2013 г.;— Европейская школа для молодых ученых «Новые тенденции в сверхпроводниковых квантовых детекторах» (“New Trends with SuperconductingQuantum Detectors”), Генуя, Италия, 9–13 сентября 2013 г.;— 11-ая Европейская конференция по прикладной сверхпроводимости(11th European Conference on Applied Superconductivity, EUCAS-2013),Генуя, Италия, 15–19 сентября 2013 г.;— 12-ая Международная конференция по наноструктурированным материалам (XII International Conference on Nanostructured Materials, NANO2014), Москва, Россия, 13–18 июля 2014 г.;— Международная конференция по прикладной сверхпроводимости (Applied Superconductivity Conference, ASC-2014), Шарлотт, Северная Каролина, США, 10–15 августа 2014 г;— 15-ая Международная конференция по сверхпроводниковой электронике (15th International Superconducting Electronics Conference, ISEC-2015),Нагоя, Япония, 6–9 июля 2015 г.;— 12-ая Европейская конференция по прикладной сверхпроводимости(12th European Conference on Applied Superconductivity, EUCAS-2015),Лион, Франция, 6–10 сентября 2015 г.;— Итоги реализации в 2015 году ПНИЭР по приоритетным направлениям врамках ФЦП «Исследования и разработки 2014 – 2020», Москва, Россия,2–4 декабря 2015 г.По материалам диссертации было опубликовано 9 статей, из них 6 [A1–A6]в журналах, входящих в перечень рецензируемых научных журналов, в которыхдолжны быть опубликованы основные результаты диссертаций, и входящих вмеждународные реферативные базы данных и системы цитирования Scopus иWeb of Science.

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.

Список файлов диссертации