Отдел сверхпроводящих и мезоскопических структур

Главное меню:

Исследования

А. Г. Сиваков (рук. группы), А. С. Похила, М. Ю. Михайлов, А. Е. Колинько, С. А. Круглов

Неравновесные эффекты и механизмы резистивного состояния массивных и тонкопленочных сверхпроводников и сверхпроводящих однофотонных детекторов

Низкотемпературная сканирующая лазерная микроскопия сверхпроводников

Мы разработали метод низкотемпературной сканирующей лазерной микроскопии для исследования пространственных характеристик массивных сверхпроводников, тонких пленок и сверхпроводящих устройств. Мы использовали низкотемпературную сканирующую лазерную микроскопию для визуализации линий проскальзывания фазы в широких сверхпроводящих пленках.

Рис.1 Образование линий проскальзывания фазы в однородной полоске олова шириной 30 мкм при последовательном увеличении транспортного тока от (a) к (d). Образы (a), (b) и (c) получены при токах, соответствующих первой, второй и третьей ступеньке на ВАХ. Образ (d) получен в области больших токов.

Лазерная сканирующая микроскопия сверхпроводящих параметров в многозонных сверхпроводниках

Нами были исследованы вольт-амперные характеристики (ВАХ) плёнок железосодержащих халькогенидов FeTe и MgB₂ при различных температурах и получены НТСЛМ образы резистивных состояний в них. Не обнаружено никакой разницы в поведении многозонных и традиционных сверхпроводников в резистивном состоянии.

Рис.2 Вольт-амперная характеристика образца (a), её начальный участок (b) и образы СЛМ откликов, полученных при различных транспортных токах (c).

Рис.3 Семейство ВАХ плёнок MgB₂ при разных температурах.

Рис.4 SLM images of PSL in MgB₂ film.

НТСЛМ исследования тонких плёнок ВТСП

Нами исследовано движение вихрей в поликристаллических ВТСП тонких плёнках. Изучено уменьшение критических токов, обусловленное разориентацией гранул и локальными дефектами.

Рис.5 Полутоновая карта оклика по dc-напряжению поликристаллической плёнки YBCO с перколяционным протеканием тока по лабиринту слабых связей между гранулами при T < T_c. Стрелкой указано направление протекания тока.

Рис.6 ЛСМ-образ размером 250х250 мкм резистивного участка фрагмента ВТСП-ленты на постоянном транспортном токе 140 мА при Т = 88,7 К: а) на краю образца присутствует искусственный линейный дефект (трещина), b) второй лазерный луч создаёт дополнительную неоднородность. Пунктирная линия обозначает границы образца шириной 200 мкм

Осцилляции критического сверхпроводящего тока в двухсвязной плёнке олова

в присутствии внешнего перпендикулярного магнитного поля

Нами были проведены экспериментальные и теоретические исследования осцилляций критического тока в двухсвязной плёнке олова во внешнем перпендикулярном магнитном поле. Эксперименты проводились на образцах, состоящих из двух широких электродов, соединённых между собой двумя узкими каналами. Длина каналов l удовлетворяла условию l >> ξ (ξ — длина когерентности Гинзбурга-Ландау). При температурах, близких к критической температуре Tc, зависимость критического тока I_c от среднего внешнего магнитного потока Φe имеет вид кусочно-линейной функции, периодичной по отношению к кванту магнитного потока Φ_0.. Амплитуда осцилляций I_c при заданной температуре пропорциональна фактору ξ/l. Более того, зависимость I_c = I_c(Φ_e) оказалась многозначной, что указывает на наличие метастабильных состояний. Основываясь на аппроксимации Гинзбурга-Ландау, была создана теория, которая объяснила вышеуказанные особенности осцилляционного эффекта для полностью симметричной системы. Кроме того, экспериментально обнаружени эффекты, связанные с неравенством критических токов сверхпроводящих каналов, а именно, сдвиг максимума зависимости I_c = I_c(Φ_e), вызванный асимметрией по отношению к направлению транспортного тока.

Сверхпроводниковые однофотонные детекторы видимого и инфракрасного диапазона (SNSPD)

Сверхпроводниковые однофотонные детекторы являются высокоэффективными детекторами фотонов видимого и ближнего инфракрасного света. Эти детекторы изготавливаются в виде свернутых в меандр нанопроводов, наноструктурированных из ультратонких сверхпроводящих пленок. В настоящее время выбор сверхпроводящих материалов, пригодных для изготовления SNSPD детекторов, очень ограничен. Ультратонкие пленки толщиной в несколько нанометров, на основе которых производится детектор, должны быть сплошными и иметь хорошие сверхпроводящие свойства. Из всех исследованных в настоящее время для использования в качестве SNSPD сверхпроводящих материалов, только SNSPD детекторы, изготовленные из нанокристаллических материалов NbN, NbTiN и аморфных ультратонких пленок WSi имеют свойства, позволяющие использовать такие детекторы в реальных приложениях. Но в детекторах на основе NbN и NbTiN очень трудно достичь высокой квантовой эффективности, а детекторы на основе WSi могут работать только при глубоком (1K) охлаждении, и поэтому поиск новых сверхпроводящих материалов для SNSPD является важной научной задачей.

Мы участвуем в разработке новых материалов для SNSPDs. Мы исследовали сверхпроводящие свойства ультратонких аморфных пленок молибден-кремний и вольфрам-кремний. Впервые, мы разработали эффективный сверхпроводящий однофотонный детектор, изготовленный из аморфной пленки MoSi. Мы разработали технологию осаждения ультратонких пленок MoSi і WSi методом магнетронного распыления одновременно с двух мишеней на вращающуюся подложку. Критическую температуру полученных ультратонких аморфных пленок можно варьировать в широком диапазоне путем изменения толщины или стехиометрического состава пленки. Особенно важным для последующих литографических процессов наноструктурирования детекторов является возможность равномерного по толщине осаждения пленок на больших подложках. Мы смогли продемонстрировать квантовую эффективность 18% на длине волны 1200 нм при 1.8K, время отклика 6 нс и джиттер 120 пс для SNSPDs на основе MoSi пленок.

[

, arxiv;