Разработка и исследование новых быстродействующих элементов для сверхпроводящей электроники

Запущены и отлажены новые установки. На новой технологической базе отработаны методы и технологии напыления тонких пленок сверхпроводников (S), нормальных металлов (N), ферромагнетиков (F) и диэлектриков. Проведены тестовые исследования полученных пленок с помощью методов зондовой микроскопии. Разработан новый метод ex situ подготовки сверхпроводниковых гетероструктур для исследований с помощью сканирующей туннельной микроскопии/спектроскопии, позволяющий измерять электронные свойства слоев, используемых в джозефсоновских гетероструктурах. Проведены теоретические исследования на предмет использования в качестве слабой связи ферромагнетиков с малыми обменными полями. Предложен метод измерения величины слабого обменного поля в условиях транспортных исследований,с помощью методов зондовой микроскопии. Изготовлено и исследовано несколько пассивных и активных элементов на основе джозефсоновских контактов сэндвичевой и планарно-сендвичевой архитектуры, которые могут применяться в сверхпроводящей электронике и квантовой сверхпроводящей логике. В частности, изготовлены инверторы фазы сэндвичевой архитектуры сверхпроводник - изолятор - сверхпроводник - ферромагнетик - сверхпроводник (SIS"FS-Nb/Al₂O₃/Nb/CuNi/Nb), где дополнительный IS" бислой добавлен для уменьшения времени переключения. Изготовлены тестовые потоковые кубиты с вставленным обычным сэндвичевым инвертором фазы типа Nb/CuNi/Nb. Исследованы транспортные характеристики джозефсоновских планарно-сэндвичевых SNS(Nb/Cu-нанонить/Nb)-контактов на основе нанонитей, выращенных электрохимическими методами в пористых мембранах на хмическом факультете МГУ. Варьируя состав электролита и режим электрокристаллизации, для будущих исследований получены нанонити, содержащие одновременно нормальный металл (Cu), в котором может быть индуцирована сверхпроводимость с помощью сверхпроводящих контактов, и ферромагнетик (Ni). При этом медь и никель образовывали или твердый раствор, или послойные структуры с чередующимся составом вдоль нанонити Cu-Ni-Cu-Ni-. Диаметр нанонитей определяется размером пор в используемой мембране анодного оксида алюминия и варьировался в широком интервале от 40 до 200 нм. Кроме того, на модернизированном оборудовании изготовлены многотерминальные планарные джозефсоновские структуры со сверхпроводящими и нормальными зондами для изучения неравновесных явлений и инжекции квазичастиц в них. Проведены низкотемпературные электронно-транспортные измерения. Такие устройства могут оказаться полезными при развитии периферии сверхпроводящей электроники. Показано, что планарные устройства обладают высоким характеристическим напряжением, которое определяет их быстродействие, соизмеримое с быстродействием современных логических квантовых устройств на основе туннельных контактов сверхпроводник - изолятор - сверхпроводник. Отработаны методики получения нанонитей и из других материалов, в частности из висмута, который обладает большой длиной свободного пробега электрона.