🗊Презентация Квантовые рэтчеты (выпрямители). Новый сверхпроводящий двухконтурный интерферометр

Исследуемые асимметричные Al структуры Ширина широкой и узкой частей колец ~ 0.4 and 0.2 μm, соответственно. Диаметр одиночного и большого колец 4 μm, диаметр малого кольца 3.36 μm

Приготовление образцов и их свойства Исследуемые структуры изготовлялись из алюминие-вой пленки толщиной 40-60 nm, термически напылен-ной на окисленную кремниевую подложку с ширинами полукольца 200 and 250, 300,350, and 400 nm для узкой и широкой частей соответственно. Диаметр одиночных колец (SR) и больших колец в паре (DRs). Отношение площадей большого ималого колец 1.42. Структуры были сформированы электронно-лучевой литографией с использованием «lift-off» процесса. Электросопротивление используемых пленок состовляло 0.2-0.5 Ω/□ при 4.2 K, отношение сопротивлений R(300 K)/R(4.2 K)=2.5-3.5, температура сверхпроводящего перехода ~1.24-1.35 K. Оценка длины когерентности ξ(T=0 K) составляет 170 nm, глубины проникновения (T=0 K) 80 nm.

Качественное объяснение формирования сигнала выпрямленного напряжения.

Выпрямленное напряжение для SR структуры в магнитном поле. Выпрямленное напряжение -периодическая функция магнитного поля с периодом, отвечающим кванту потока Φ0=h/2e «нули» выпрямленного напряже-ния в Φ=nΦ0 и Φ=Φ0 (n+1/2) Максимумы и минимумы наблюдаются при Φ≈Φ0 (n±1/4), (n=0,±1,…). Амплитуда выпрямленного напряжения немонотонно зависит от амплитуды переменного тока, протекающего через структуру.

Зависимость выпрямленного напряжения от тока накачки и температуры для SR Амплитуда осцилляций выпрямленного напряжения имеет резкий максимум в зависимости от амплитуды тока накачки. Максимум наблюдается при амплитуде тока немного выше критического тока структуры IC и демонстрирует подобную температурную зависимость (IMax≈IC (T)).

Эффективность выпрямления для одного кольца Асимметричное кольцо эффективный детектор переменного тока. Эффективность выпрямления = RMax/RN ≈26% при низкой температуре, где RMax=VMax/IMax и RN – сопротивление в нормальном состоянии. Эффективность выпрямления уменьшается при прибли-жении к TC

Разнесенная пара колец (DRs) В Фурье-спектре основной вклад определяется осцилляциями от большого и малого колец. Разнесенная DRs структура выпрямляет как два практически независимых кольца.

Выпрямленное напряжение и Ic,an=I с+ - I с- ~ IP от магнитного поля для SR, DRs и 20-Rs структур

Наблюдение двух состояний с близкими энергиями в одиночном кольце с вырезом

Множественные последовательно соединенные асимметричные кольца

Operation of asymmetric ring structure as noise detector. Temperature dependence of rectification efficiency and rectified voltage (IB=0) in near TC region for 110 ring structure

Little-Parks and IC(B) oscillations, and resistive transitions at different bias currents for 667- ring structure (1 µm)

Typical rectified voltage and rectification efficiency for 667- ring structure RV is easily measured even at external white noise amplitude (bandwidth 0-200 kHz) of INoise,A=10 nA

Asymmetric ring with symmetric contacts Asymmetric ring with symmetric contacts Asymmetric ring with asymmetric contacts Symmetric double ring structure (without JJ) Asymmetric double ring structure

Flux shift of opposite direction critical currents in asymmetric SRs compared to symmetric SRs

Shift as function of asymmetry degree.

Asymmetric rings with asymmetric contacts

Investigated Al ring structures without JJs

Critical current in symmetric double ring detector

Critical current in asymmetric double ring detector

“Possible” explanation of critical current in asymmetric structures

Geometry and Fabrication of Superconducting DDCI as Detector of Quantum States

Current-Voltage characteristics (20 µm) at different magnetic fields corresponding to (n1+n2) changes by 1

Выводы Проведены измерения критического тока одиночных, двойных, множественных сверхпроводящих асимметричных колец и других асимметричных структур. Обнаружен сдвиг экстремумов тока и множественные токовые состояния в магнитном поле. Поведение сдвига исследовано как функция степени асимметрии колец и температуры. Сдвиг экстремумов критического тока противоречит измерениям осцилляций сопротивления Литтла-Паркса и выпрямленного напряжения. Эффект выпрямления асимметричных структур удалось объяснить анизотропией критических токов. Предложена структура из множественных последовательно соединенных асимметричных колец как детектор неравновесных шумов. Впервые проведена калибровка детектора шумов и измерен температурный спектр шумов в рабочем диапазоне температур с разным количеством асимметричных колец (до 1080), позволяющих измерять постоянные напряжения около 10-11 Вольт с одного асимметричного кольца. Минимальная измеренная мощность составила 2х10-15 Вт. Показано, что асимметричное кольцо не может быть простейшим детектором квантовых состояний. Предложена двухкольцевая структура с фазовой связью колец, где в симметричных структурах впервые наблюдались скачки критического тока, соответствующие изменению квантовых чисел в сверхпроводящих контурах. Эксперимент для симметричных структур хорошо описывается теорией. В случае асимметричных структур наблюдается одновременно сдвиг экстремумов тока и множественные состояния. Поведение асимметричных структур не описывается теорией. Предложен и реализован новый квантовый прибор – дифференциальный двухконтурный сверхпроводящий интерферометр, Проведен анализ работы интерферометра. Отклик интерферометра зависит от четности суммы квантовых чисел контуров. Изготовлены структуры интерферометров с размерами 4 и 20 мкм, проведены измерения в широком диапазоне температур (0.4-1)Тс. К достоинствам прибора относится тот факт, что при изменении квантового числа на единицу, интерферометр дает максимально возможный отклик для сверхпроводящего устройства – скачки напряжения, равные величине сверхпроводящей щели. Ввиду, независимости скачков напряжения от площади колец предлагается также использовать этот интерферометр как прецизионный измеритель магнитного поля с уникальной чувствительностью. Показано, что двухконтурные сверхпроводящие интерферометры с большой площадью могут быть использованы в качестве цифровых магнетометров.