Диссертация (1105377)
Текст из файла
ÌÎÑÊÎÂÑÊÈÉ ÃÎÑÓÄÀÐÑÒÂÅÍÍÛÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒèì. M.Â.ËîìîíîñîâàÍà ïðàâàõ ðóêîïèñèÁàêóðñêèé Ñåðãåé Âèêòîðîâè÷Ýôôåêò áëèçîñòè â äæîçåôñîíîâñêèõñòðóêòóðàõ ñ ñîñòàâíûìè ìàãíèòíûìè ïðîñëîéêàìèÑïåöèàëüíîñòü 01.04.04 ôèçè÷åñêàÿ ýëåêòðîíèêàÄÈÑÑÅÐÒÀÖÈßíà ñîèñêàíèå ó÷åíîé ñòåïåíèêàíäèäàòà ôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõ íàóêÍàó÷íûé ðóêîâîäèòåëüäîêòîð ôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõ íàóêÌ. Þ. ÊóïðèÿíîâMîñêâà 2015 ã.ÎãëàâëåíèåÂâåäåíèå4Ãëàâà 1 Ýôôåêò áëèçîñòè â ìíîãîñëîéíûõ ñòðóêòóðàõ ñ ÷åðåäóþùèìèñÿôåððîìàãíèòíûìè è íîðìàëüíûìè ñëîÿìè221.1Äîìåííàÿ ñòðóêòóðà, ÷åðåäóþùàÿñÿ âäîëü SF ãðàíèöû .
. . . . . . . . . 221.2Ñòðóêòóðà ñ ïîïåðå÷íûì íàïðàâëåíèåì ÷åðåäîâàíèÿ äîìåíîâ. . . . . . . 311.3Âûâîäû ê ãëàâå 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Ãëàâà 2 Äæîçåôñîíîñêèå ϕ-êîíòàêòû íà îñíîâå ãåòåðîñòðóêòóð ñ ñîñòàâíîé ïðîñëîéêîé èç íîðìàëüíîãî ìåòàëëà è ôåððîìàãíåòèêà402.1Ìèêðîñêîïè÷åñêèå ïðèíöèïû ôîðìèðîâàíèÿ ÒÔÇ . . . . .
. . . . . . . . 432.2Ìîäåëü . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.3Ñòðóêòóðà ïîïåðå÷íîãî òèïà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482.3.1Ïðåäåë ìàëîé L. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502.3.2Ïðåäåë ïðîìåæóòî÷íîé äëèíû L. . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 522.3.3Îáëàñòè ñóùåñòâîâàíèÿ ϕ-ñîñòîÿíèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . 562.4Ïåðåõîä ïðîäîëüíîãî òèïà ñ ýëåêòðîäàìè, ðàñïîëîæåííûì íàä NF áèñëîåì 612.5Ïåðåõîäû ïðîäîëüíî-ïîïåðå÷íîãî òèïà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622.6Âûâîäû ê ãëàâå 2 . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70Ãëàâà 3 Òåîðèÿ ñâåðõòîêîâîãî òðàíñïîðòà â äæîçåôñîíîâñêèõ ïåðåõîäàõSIsFS ãåîìåòðèè713.1Ìîäåëü . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723.2Ïðåäåë âûñîêèõ òåìïåðàòóð T ≈ TC . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 763.33.2.1Ðåæèì (1): SIs + sFS ïåðåõîä ds ≥ dsc . . . . . . . . . . . . . . . . . 773.2.2Ðåæèì (2): SInFS êîíòàêò ds ≤ dsc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 843.2.3Òîê-ôàçîâîå ñîîòíîøåíèå. . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Ïðîèçâîëüíûå òåìïåðàòóðû . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863.3.1Òåìïåðàòóðíûé ïåðåõîä èç 0 â π ñîñòîÿíèå. . . . . . . . . . . . . 883.3.20 - π ïåðåõîä çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ ýôôåêòèâíîé îáìåííîé ýíåðãèèâî âíåøíåì ìàãíèòíîì ïîëå . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 903.4Âûâîäû ê ãëàâå 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9323.5Ïðèëîæåíèå . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 943.5.1Êðàåâàÿ çàäà÷à ïðè T . TC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94Ãëàâà 4 Ñðàâíåíèå òåîðåòè÷åñêîé ìîäåëè SIsFS ïåðåõîäà ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè.984.1Çàâèñèìîñòü îò òîëùèí F è s ñëîÿ . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 1004.2Çàâèñèìîñòü îò òåìïåðàòóðû . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024.3Âíåøíåå ìàãíèòíîå ïîëå . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024.4Âûâîäû ê ãëàâå 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106Çàêëþ÷åíèå107Áëàãîäàðíîñòè109Ñïèñîê ïóáëèêàöèé àâòîðà110Ñïèñîê ëèòåðàòóðû1123ÂâåäåíèåÀêòóàëüíîñòü òåìû íàñòîÿùåå âðåìÿ, îäíîé èç íàèáîëåå ïðèîðèòåòíûõ çàäà÷ â îáëàñòè ñâåðõïðîâîäíèêîâîé ýëåêòðîíèêè ÿâëÿåòñÿ ðàçðàáîòêà óïðàâëÿåìûõ ñâåðõïðîâîäÿùèõ ñòðóêòóð äëÿ ñîçäàíèÿ ýôôåêòèâíûõ ýëåìåíòîâ ïàìÿòè.
Îäèí èç íàèáîëåå î÷åâèäíûõ ïóòåéäëÿ çàïèñè è óïðàâëåíèÿ ñîñòîÿíèåì ïðåäïîëàãàåò èñïîëüçîâàíèå ôåððîìàãíèòíûõñëîåâ â äæîçåôñîíîâñêèõ ïåðåõîäàõ [1]- [4]. Îäíàêî, ïðàêòè÷åñêàÿ ðåàëèçàöèÿ ñâåðõïðîâîäÿùèõ ñòðóêòóð äàæå ñ îäíèì ôåððîìàãíèòíûì ñëîåì çàíÿëà íåìàëîå âðåìÿ [5].Ïðåïÿòñòâèå íà ïóòè ðåøåíèÿ ýòîé çàäà÷è ñîñòîÿëî â òîì, ÷òî ñâåðõïðîâîäèìîñòü è ôåððîìàãíåòèçì ÿâëÿþòñÿ àíòàãîíèñòè÷íûìè òèïàìè óïîðÿäî÷èâàíèÿ.
Ñâåðõïðîâîäÿùåå ñîñòîÿíèå ñóùåñòâóåò çà ñ÷åò ôîðìèðîâàíèÿ êóïåðîâñêèõ ïàð èç ýëåêòðîíîâ ñ ïðîòèâîïîëîæíî íàïðàâëåííûìè ñïèíàìè, â òî âðåìÿ êàê ôåððîìàãíåòèêå,íàîáîðîò, ýíåðãåòè÷åñêè âûãîäíîé ÿâëÿåòñÿ ïàðàëëåëüíàÿ îðèåíòàöèÿ ñïèíîâ ÷àñòèö.Òàêèì îáðàçîì, ñâåðõïðîâîäèìîñòü è ôåððîìàãíåòèçì âçàèìíî ïîäàâëÿþò äðóã äðóãà,÷òî ïðèâîäèò ê ïîäàâëåíèþ ñâåðõïðîâîäèìîñòè â îêðåñòíîñòè ìàãíèòíûõ ñëîåâ.Ïðîáëåìà áûëà ðåøåíà ïðèìåíåíèåì ìàãíèòî-ìÿãêèõ ñïëàâîâ, òàêèõ êàê CuNi,îáëàäàþùèõ ìåíüøèì ýôôåêòèâíûì îáìåííûì ïîëåì è ñëàáåå ïîäàâëÿþùèõ ñâåðõïðîâîäÿùèé ïîðÿäîê. Âñêîðå, ñ ïîìîùüþ ôàçî÷óâñòâèòåëüíîãî ýêñïåðèìåíòà áûëîïðåäñòàâëåíî äîêàçàòåëüñòâî ñóùåñòâîâàíèÿ π -êîíòàêòîâ [6], à òàêæå ïðîäåìîíñòðèðîâàí òåìïåðàòóðíûé ïåðåõîä ìåæäó 0 è π -ñîñòîÿíèÿìè [7].
 òîæå âðåìÿ, â îáëàñòèðàçðàáîòêè ñâåðõïðîâîäÿùèõ ìàãíèòíûõ óñòðîéñòâ ñóùåñòâóåò åùå ìíîæåñòâî íå äîêîíöà ðåøåííûõ çàäà÷.Îäíîé èç âàæíåéøèõ ïðîáëåì ñâåðõïðîâîäíèêîâîé ýëåêòðîíèêè ÿâëÿåòñÿ ðàçðàáîòêà ϕ-êîíòàêòà, ñòðóêòóðû ñ íåòðèâèàëüíîé (íåêðàòíîé π ) âåëè÷èíîé äæîçåôñîíîâñêîé ôàçû ϕ â îñíîâíîì ñîñòîÿíèè. Ïðèìåíåíèå ýòèõ ñòðóêòóð â ñõåìàõ áûñòðîé îäíîêâàíòîâîé ëîãèêè (ÁÎÊ ëîãèêè) ìîæåò óìåíüøèòü èõ ðàçìåð è óâåëè÷èòüáûñòðîäåéñòâèå [8]- [10]. Äðóãàÿ âîçìîæíîñòü ñîñòîèò â èñïîëüçîâàíèè ϕ-êîíòàêòîâ4â ðàçðàáîòêå êâàíòîâûõ áèòîâ, ÷òî ñîêðàùàåò èõ ðàçìåð, óìåíüøàåò íåîáõîäèìóþèíäóêòèâíîñòü è ïîíèæàåò ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê âíåøíèì øóìàì [11]- [13]. Îäíàêî,ðàçðàáîòêà ϕ-êîíòàêòîâ îñëîæíåíà ïðîáëåìàìè ìèíèàòþðèçàöèè. Íàïðèìåð, ïåðâîåïðåäñêàçàíèå ñóùåñòâîâàíèÿ ϕ-êîíòàêòà áûëî ñäåëàíî Ìèíöåì [14] äëÿ äæîçåôñîíîâñêèõ 0− è π− êîíòàêòîâ, ÷åðåäóþùèõñÿ âäîëü ãðàíèöû çåðåí â âûñîêîòåìïåðàòóðíûõêóïðàòàõ ñ d- òèïîì ñèììåòðèè ïàðàìåòðà ïîðÿäêà.
Ïîçæå áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ϕêîíòàêò ìîæåò áûòü ñîçäàí íà îñíîâå ïåðèîäè÷åñêîãî ìàññèâà 0 è π äæîçåôñîíîâñêèõSFS êîíòàêòîâ [15,16]. Îäíàêî, ýòè ñòðóêòóðû ïðåäñòàâëÿëè èç ñåáÿ äëèííûå äæîçåôñîíîâñêèå ïåðåõîäû ( èõ ïîïåðå÷íûé ðàçìåð ïðåâîñõîäèë äæîçåôñîíîâñêóþ ãëóáèíóïðîíèêíîâåíèÿ W > λJ ) [17]- [19]. Òàêèì îáðàçîì, çàäà÷à ðàçðàáîòêè ìàñøòàáèðóåìîãî ϕ-êîíòàêòà ÿâëÿåòñÿ àêòóàëüíîé ïî íàñòîÿùèé ìîìåíò.Äðóãàÿ àêòóàëüíàÿ çàäà÷à ñâåðõïðîâîäíèêîâîé ýëåêòðîíèêè çàêëþ÷àåòñÿ â ðàçðàáîòêå áûñòðîäåéñòâóþùåãî ýëåìåíòà ïàìÿòè. Îáû÷íî, òàêèå óñòðîéñòâà âêëþ÷àþòâ ñåáÿ íåñêîëüêî ôåððîìàãíèòíûõ ñëîåâ [20]- [23].
Îáû÷íûé ñïèíîâûé âåíòèëü âêëþ÷àåò â ñåáÿ ïàðó ìàãíèòíûõ ñëîåâ F1 è F2 , çàêëþ÷åííûõ ìåæäó ñâåðõïðîâîäÿùèìèýëåêòðîäàìè. Âçàèìíàÿ îðèåíòàöèÿ íàìàãíè÷åííîñòè ñëîåâ F1 è F2 â òàêèõ ñòðóêòóðàõ ìîæåò áûòü èçìåíåíà ñ ïàðàëëåëüíîé íà àíòèïàðàëëåëüíóþ. Ïåðåêëþ÷åíèå âàíòèïàðàëëåëüíóþ êîíôèãóðàöèþ íàìàãíè÷åííîñòåé ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ýôôåêòèâíîãî óñðåäíåííîãî îáìåííîãî ïîëÿ ñëàáîé ñâÿçè è, ñîîòâåòñòâåííî, óâåëè÷èâàåòâåëè÷èíó êðèòè÷åñêîãî òîêà JC . Îäíàêî, ïîäîáíàÿ ñõåìà ýëåìåíòà ïàìÿòè íå ëèøåíàðÿäà íåäîñòàòêîâ.
Âî-ïåðâûõ, äëÿ ïåðåêëþ÷åíèÿ íåîáõîäèìî ïåðåìàãíèòèòü òîëüêîîäèí èç ôåððîìàãíèòíûõ ñëîåâ, â òî âðåìÿ êàê, íàìàãíè÷åííîñòü âòîðîãî íåîáõîäèìîñîõðàíèòü. Ýòî òðåáóåò èñïîëüçîâàíèÿ ðàçíûõ ìàòåðèàëîâ äëÿ ôåððîìàãíèòíûõ ñëîåâ: ìàãíèòî-ìÿãêîãî è ìàãíèòî-æåñòêîãî, ñîîòâåòñòâåííî.  ðÿäå ñëó÷àåâ, ýòà ïðîáëåìà ìîæåò áûòü ðåøåíà ïóòåì äîáàâëåíèÿ àíòèôåððîìàãíèòíîé ïîäëîæêè, ôèêñèðóþùåé íàìàãíè÷åííîñòü ñìåæíîãî ñ íåé ñëîÿ. Íåäîñòàòêîì ïîäîáíîãî ïîäõîäà, ÿâëÿåòñÿñëîæíîñòü ïðîèçâîäñòâà òàêîé ñòðóêòóðû. Âòîðûì è âàæíåéøèì íåäîñòàòêîì ïîäîáíûõ ñïèíîâûõ âåíòèëåé ÿâëÿåòñÿ íèçêîå çíà÷åíèå ïðîèçâåäåíèÿ êðèòè÷åñêîãî òîêà èíîðìàëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ JC RN , êîòîðîå îïðåäåëÿåò õàðàêòåðíûå ÷àñòîòû ðàáîòûòàêîãî ïåðåõîäà.
 ýòîì ñëó÷àå áûñòðîäåéñòâèå ýëåìåíòà ïàìÿòè îêàçûâàåò ãîðàçäî íèæå, ÷åì ó òóííåëüíûõ SIS êîíòàêòîâ, ïðåèìóùåñòâåííî èñïîëüçóåìûõ â ñõåìàõ5ÁÎÊ-ëîãèêè: ïåðåõîäû SFFS ñ ìåòàëëè÷åñêèì òèïîì ïðîâîäèìîñòè îáëàäàþò ìàëûìíîðìàëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì RN , â òî âðåìÿ êàê òóííåëüíûå SIFFS êîíòàêòû èìåþòáîëüøîå RN , íî ìàëóþ âåëè÷èíó êðèòè÷åñêîãî òîêà JC .Îäíèì èç âîçìîæíûõ ðåøåíèé ïðè ñîçäàíèè ýëåìåíòîâ ñâåðõïðîâîäíèêîâîé ïàìÿòè ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ñòðóêòóð, â êîòîðûõ ôîðìèðóåòñÿ äàëüíîäåéñòâóþùèéòðèïëåòíûé ñâåðõïðîâîäÿùèé ïîðÿäîê [24]- [26].
Òàêèå óñòðîéñòâà äîëæíû âêëþ÷àòüòðè èëè áîëåå ôåððîìàãíèòíûõ ñëîåâ ñ íåêîëëèíåàðíîé íàìàãíè÷åííîñòüþ â îáëàñòèñëàáîé ñâÿçè.  òàêèõ ñòðóêòóðàõ âîçìîæíà ãåíåðàöèÿ òðèïëåòíûõ ñâåðõïðîâîäÿùèõêîððåëÿöèé ñ íåíóëåâîé ïðîåêöèåé ñóììàðíîãî ñïèíà. Õàðàêòåðíûé ìàñøòàá çàòóõàíèÿ ýòèõ êîððåëÿöèé íå çàâèñèò îò âåëè÷èíû îáìåííîé ýíåðãèè ôåððîìàãíåòèêîâ,ïîýòîìó èõ âêëþ÷åíèå èëè âûêëþ÷åíèå ïîçâîëÿåò ñóùåñòâåííî âàðüèðîâàòü êðèòè÷åñêèé òîê ñâåðõïðîâîäíèêîâûõ ýëåìåíòîâ ïàìÿòè.
Îäíàêî, íàëè÷èå ñëîåâ [27] è ãðàíèöìåæäó íèìè â ñâîþ î÷åðåäü ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîìó ïîäàâëåíèþ çíà÷åíèé óïðàâëÿåìûõ òàêèì îáðàçîì ñâåðõïðîâîäÿùèõ òîêîâ.Äðóãîé âîçìîæíûé ïîäõîä ê ñîçäàíèþ áûñòðîäåéñòâóþùåãî ýëåìåíòà ïàìÿòèïðåäïîëàãàåò íàëè÷èå â ñòðóêòóðå äîïîëíèòåëüíîãî ñâåðõïðîâîäÿùåãî ñëîÿ âíóòðèîáëàñòè ñëàáîé ñâÿçè, ïîääåðæèâàþùåãî ñâåðõïðîâîäÿùèé ïîðÿäîê ìåæäó òóííåëüíûì áàðüåðîì è ôåððîìàãíèòíûì ñëîåì.
Ýòîò ïîäõîä áûë ïðåäëîæåí â [28] è ïîçâîëèëýêñïåðèìåíòàëüíî ïîëó÷èòü âûñîêèå çíà÷åíèÿ JC RN . Îäíàêî, íà ìîìåíò íà÷àëà ïîäãîòîâêè äàííîé ðàáîòû ýòà ïðîáëåìà åùå íå áûëà ðåøåíà òåîðåòè÷åñêè.Òåîðåòè÷åñêîå îïèñàíèå ñâåðõïðîâîäÿùèõ ãåòåðîñòðóêòóð ìîæåò áûòü ïîñòðîåíî íà îñíîâå ìèêðîñêîïè÷åñêèõ ïîäõîäîâ. Ïåðâîé ìèêðîñêîïè÷åñêîé òåîðèåé ñòàëàìîäåëü Áàðäèíà-Êóïåðà-Øðèôôåðà (ÁÊØ) [29, 30].  åå ðàìêàõ îáû÷íûé ãàìèëüòîPíèàí äëÿ èäåàëüíîãî ýëåêòðîííîãî ãàçà H =ζk â+k âk â ïðåäñòàâëåíèè âòîðè÷íîãîkêâàíòîâàíèÿ äîïîëíÿëñÿ ïîïðàâêîé íà ñóùåñòâîâàíèå òåõ ñàìûõ ïàðíûõ êîððåëÿöèé,è ìîäåëüíûé ãàìèëüòîíèàí Áàðäèíà-Êóïåðà-Øðèôôåðà (ãàìèëüòîíèàí ÁÊØ) ïðèíèìàë âèä:H=Xkζk â+k âk +X+Vk i â+k↑ â−k↓ âi↑ â−i↓ .k,iÇäåñü â+k è âk îïåðàòîðû ðîæäåíèÿ è óíè÷òîæåíèÿ ýëåêòðîíà ñ âîëíîâûì âåêòîðîì6k.Äëÿ íàñòîëüêî ïðîñòîãî îïèñàíèÿ ýëåêòðîííîé ñèñòåìû áûë ñäåëàí ðÿä ñåðüåçíûõ ïðèáëèæåíèé.
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}
