Портал | Содержание | О нас | Пишите | Новости | Голосование | Топ-лист | Дискуссия Rambler's Top100

TopList Яндекс цитирования

НОВОСТИ
"РУССКОГО ПЕРЕПЛЕТА"

ЛИТЕРАТУРА

Новости русской культуры

Афиша

К читателю

Содержание

Публицистика

"Курск"

Кавказ

Балканы

Проза

Поэзия

Драматургия

Искания и размышления

Критика

Сомнения и споры

Новые книги

У нас в гостях

Издательство

Книжная лавка

Журнальный зал

ОБОЗРЕНИЯ

"Классики и современники"

"Слово о..."

"Тайная история творений"

"Книга писем"

"Кошачий ящик"

"Золотые прииски"

"Сердитые стрелы"

КУЛЬТУРА

Афиша

Новые передвжиники

Фотогалерея

Музыка

"Неизвестные" музеи

Риторика

Русские храмы и монастыри

Видеоархив

ФИЛОСОФИЯ

Современная русская мысль

Искания и размышления

ИСТОРИЯ

ХРОНОС

История России

История в МГУ

Слово о полку Игореве

Хронология и парахронология

Астрономия и Хронология

Альмагест

Запечатленная Россия

Сталиниана

ФОРУМЫ

Дискуссионный клуб

Научный форум

Форум "Русская идея"

Форум "Курск"

Исторический форум

Детский форум

КЛУБЫ

Пятничные вечера

Клуб любителей творчества Достоевского

Клуб любителей творчества Гайто Газданова

Энциклопедия Андрея Платонова

Мастерская перевода

КОНКУРСЫ

За вклад в русскую культуру публикациями в Интернете

Литературный конкурс

Читательский конкурс

Илья-Премия

ДЕТЯМ

Электронные пампасы

Фантастика

Форум

АРХИВ

2001

2000

1999

Фотоархив

Все фотоматериалы


Новости
"Русский переплет" зарегистрирован как СМИ. Свидетельство о регистрации в Министерстве печати РФ: Эл. #77-4362 от
5 февраля 2001 года. При полном или частичном использовании
материалов ссылка на www.pereplet.ru обязательна.

Тип запроса: "И" "Или"

23.04.2002
10:11

Достойный hi-tech российского производства

    Открытие явления высокотемпературной сверхпроводимости и последующая концентрация усилий на исследовании этого феномена существенно затормозили исследования в традиционных для низкотемпературной сверхпроводимости направлениях. Практически одновременно с открытием ВТСП были начаты исследования процессов в двухбарьерных НТСП джозефсоновских переходах (Nb/Al/AlOx/Al/AlOx/Nb), а также в многослойных структурах с чередующимися магнитными и сверхпроводящими слоями (а, как показали дальнейшие события, тут-то как раз и открывалась широкая перспектива). К счастью для этих направлений (и к сожалению для ВТСП) сложный анизотропный характер спаривания в ВТСП не позволил реализовать на них сколь-нибудь масштабных прикладных проектов, по крайней мере, в области слаботочной сверхпроводимости, и исследователи снова вернулись к временно оставленным эффектам в НТСП.

    Долгое время считалось, что основные трудности изготовления ВТСП переходов связаны с технологией. Из-за малой длины когерентности (несколько ангстрем) ВТСП материалов для получения качественных и воспроизводимых по параметрам джозефсоновских переходов требовалось решить три технологические проблемы: выращивание эпитаксиальных ВТСП пленок и многослойных структур, формирование необходимой микроструктуры пленки, контроль границ на атомарном уровне.

    Большинство из этих проблем были успешно решены, в том числе и в России. Так, в рамках финансировавшейся Минпромнауки подпрограммы <Сверхпроводимость> были освоены методы выращивания различных монокристаллов, подходящих в качестве подложек для осаждения ВТСП пленок, и методы обработки поверхности подложек (МЭИ, ИК РАН, ИРЭ РАН, ФИАН). Более того, сотрудники МЭИ, ИКАН, МГУ, ИРЭ РАН разработали уникальные методы выращивания бикристаллов титаната стронция, сапфира и галата ниодима. Именно на этих подложках удалось изготовить рекордные по шумовым характеристикам ВТСП джозефсоновские структуры. Квантовые интерферометры (сквиды), изготовленные на таких подложках, имели рекордные для 77К параметры: чувствительность по магнитному потоку - 2.5х10-5Ф0/Гц1/2 (на частотах выше 30Гц), частота среза шума 1/f - ~10Гц, глубина модуляции выходного сигнала - до 120мкВ. Осаждение качественных эпитаксиальных ВТСП пленок и формирование многослойных структур было освоено в ИФМ РАН, ФИАН, ИРЭ РАН, НИИЦТА РАН и МГУ. И, тем не менее, добиться требуемой однородности параметров для относительно сложных устройств, содержащих до нескольких десятков ВТСП переходов, не удалось ни в России, ни за рубежом. 

    Лишь сравнительно недавно стало ясно, что проблема однородности и воспроизводимости параметров имеет фундаментальную физическую природу, являясь следствием присущего ВТСП типа спаривания (отличного от традиционного для НТСП материалов). В серии экспериментов (интерференционные эффекты в гибридных ВТСП-НТСП структурах, аномальная проводимость в области малых напряжений у джозефсоновских переходов и у различного типа межзеренных границ) были получены существенные аргументы в пользу анизотропного, так называемого d-спаривания.

    Известно, что d-спаривание весьма чувствительно к рассеянию электронов на примесях и подавляется при относительно небольших их концентрациях. Однако в ВТСП дефекты локализуются в межплоскостных позициях, так что транспортные свойства в сверхпроводящих CuO плоскостях с хорошей точностью соответствуют условию чистого предела. Ситуация меняется кардинальным образом в окрестностях межзеренных границ или искусственно созданных интерфейсов джозефсоновских переходов. Результатом рассеяния электронов на границах и дефектах, локализованных в их окрестностях, является частичное или полное подавление спаривания в d-канале, которое сопровождается возникновением cверхпроводимости s-типа.

    Причина этого проста. Налетающий на границу из области с положительным потенциалом сверхпроводящего спаривания электрон может в результате рассеяния попасть в область пространства с отрицательным потенциалом. Качественно ясно, что такая смена знака предполагает наличие области, в которой плотность куперовских пар проходит через ноль, по крайней мере, на таких квазичастичных траекториях. Доля таких траекторий, а, следовательно, и степень подавления сверхпроводящих свойств границей, зависит от угла между нормалью к границе и кристаллографическими осями, лежащими в СuO плоскостях. Если эти два направления совпадают, то никакого подавления нет. Однако, если угол между ними равен 45º, то величина потенциала спаривания на границе оказывается строго равной нулю. Такое локальное подавления сверхпроводящих свойств сопровождается возникновением аномально большой нормальной проводимости в области малых напряжений, генерацией андреевских связанных состояний при конечных энергиях, т.е. влияет не только на локальное значение критического тока, но и на параметры, ответственные за транспорт нормальных электронов.

    В разработанных на настоящий момент типах ВТСП джозефсоновских переходов (переходы на бикристаллических подложках, торцевые переходы, переходы, получаемые в результате модификации свойств ВТСП материалов, вызванной каким либо воздействием) контроль за локальным значением угла между нормалью к границе и кристаллографическими осями практически невозможен. Как следствие - неоднородность параметров, отвечающих за транспорт как сверхпроводящей, так и нормальной компонент тока.

    Понятно, что решение проблемы лежит в создании технологии, способной манипулировать атомарно-гладкими границами. Однако на решение этой сложнейшей технологической проблемы уже не имелось ни средств, ни концентрированного общественного мнения в поддержку нового дорогостоящего направления.

    В создавшейся ситуации многие научные центры снова переориентировались на традиционные НТСП материалы и структуры. В ход пошло то, на чем это направление остановилось в конце восьмидесятых.

    Прежде всего, это - двухбарьерные джозефсоновские структуры. Еще в 1988 году в работе М.Ю. Куприянова и В.Ф. Лукичева [1] было показано, что такие структуры выгодно сочетают в себе основные достоинства слабых связей и туннельных джозефсоновских переходов. Интенсивные экспериментальные и теоретические исследования двухбарьерных структур, проведенные спустя 10 лет (1998 - 2001 г.г.), действительно это подтвердили. В частности, было показано, что

    1. в двухбарьерных структурах имеет место внутреннее шунтирование, т.е. их вольт-амперная характеристика (ВАХ) в области малых напряжений близка по своей форме к ВАХ шунтированных туннельных переходов, причем, значение параметра Мак-Камбера b C = 1-3 оказывается близким к его оптимальной для построения цифровых устройств величине b C =1;

    2. нормальное сопротивление переходов фактически задается сопротивлением границ, которое определяется хорошо контролируемым процессом термического окисления алюминия (типичная величина сопротивления - ~1 Ом как раз решает проблему согласования джозефсоновской структуры с полосковыми линиями);

    3. увеличение прозрачности барьеров до уровня плотности критического тока структуры ~20кА/см2 (в туннельных переходах с одним барьером эта величина ~100кА/см2) не приводит к сильному разбросу критических токов (как в структурах с одной границей); это является следствием двух самоусредняющихся эффектов - (1) наличие двух параллельных границ приводит к ничтожно малой вероятности возникновения прокола одновременно в обоих диэлектрических слоях и (2) относительно большая длина когерентности межбарьерного материала (Al) эффективно усредняет возникающие неоднородности сверхпроводящих свойств в направлении, перпендикулярном транспорту сверхпроводящей и нормальной компонент тока.

    Психологически важным оказалось то обстоятельство, что процесс изготовления двухбарьерных структур Nb/Al/AlOx/Al/AlOx/Nb мало отличается от стандартного и уже хорошо разработанного процесса формирования туннельных переходов Nb/Al/AlOx/Nb с одним барьером: лишь нанесением дополнительного тонкого слоя алюминия и его окислением (никаких новых технологических изысков).

    Массированная атака довольно скоро привела к обнадеживающему результату. Так, в технологии РТВ (Брауншвайг, Германия) уже изготовлены микросхемы, содержащие ~70 000 двухбарьерных джозефсоновских переходов Nb/Al/AlOx/Al/AlOx/Nb [2,3]. Разброс их критических токов и нормальных сопротивлений оказался менее 10%, а значение характерного напряжения ~100мкВ, т.е. такое, которое достаточно для цифровых устройств сегодняшнего уровня. При этом, добиться аналогичной воспроизводимости в существующих технологиях на однобарьерных Nb/Al/AlOx//Nb переходах еще никому не удавалось. Фактически произошел скачок на порядок, т.е. появилась возможность перейти от устройств, содержащих единицы тысяч активных элементов к устройствам с десятками тысяч переходов.

    Новую технологию уже начали активно использовать при разработке нового поколения эталона Вольта. Для создания цифровых микросхем желательно поднять значение характерного напряжения от сегодняшних 100мкВ хотя бы в несколько раз, а лучше до уровне 1мВ. Такое увеличение открыло бы путь к устройствам высокоскоростной обработки информации со временем элементарной логической операции на уровне, близком к 1ТГц.

    Работа в этом направлении сейчас активно ведется в Германии, Голландии, США. Стали видны основные трудности, связанные с необходимостью более строгого контроля процессов окисления, особенно промежуточного, тонкого слоя алюминия. К сожалению, необходимых людских и материальных ресурсов для развития этого направления в России на данный момент нет, и исследования в этом направлении у нас пока не проводятся.

    М.Куприянов

    1. ЖЭТФ, 1988, т. 94, с. 139-149

    2. Physica C, 2001, 350, p. 291

    3. Physica C, 2001, 354, p. 66


    ПЕРСТ

Выскажите свое мнение на:

23.04.2002
10:07

Новые стихотворения Андрея Журкина

23.04.2002
10:04

Достойный hi-tech российского производства

23.04.2002
09:50

"Союз ТМ-34" вывезен на старт

23.04.2002
00:18

НАСА прекращает слежение за орбитальными обломками

23.04.2002
00:17

На Британских островах открылся центр предупреждения об астероидной опасности

23.04.2002
00:15

Космический календарь. 23 апреля

22.04.2002
23:56

Ген, связанный с разрушением нервов и стерильностью

22.04.2002
23:35

Теорфизика для малышей -- 16: самоорганизованная критичность

22.04.2002
20:05

27 апреля в ДК МГУ - вечер авторской песни

22.04.2002
16:33

До старта осталось три дня

22.04.2002
15:10

Конфликт вокруг сайта "Практическая молекулярная биология"

22.04.2002
14:26

Теорфизика для малышей -- 15: обратная задача рассеяния на примере Байкала

22.04.2002
13:34

Термоядерный синтез в пузырьках?

22.04.2002
10:57

Новое в "Урании" - "Философия физики-21"

22.04.2002
10:55

Наборный акустический кристалл

22.04.2002
10:24

Безвредная гальваника

22.04.2002
10:21

В космосе найден антифриз

22.04.2002
08:51

"Царство плоти (заметки по поводу одного литереатурного дебюта)" - новое в обозрении Алексея Шорохова

22.04.2002
00:38

"Стардаст" достиг афелия своей орбиты

<< 1801|1802|1803|1804|1805|1806|1807|1808|1809|1810 >>

НАУКА

Новости

Научный форум

Научно-популярный журнал Урания в русском переплете

Космические новости

Энциклопедия космонавтика

Энциклопедия "Естествознание"

Журнальный зал

Физматлит

News of Russian Science and Technology

Научные семинары

Почему молчит Вселенная?

Парниковая катастрофа

Хронология и парахронология

История и астрономия

Альмагест

Наука и культура

НАУЧНЫЕ ОБОЗРЕНИЯ

"Физические явления на небесах"

"TERRA & Comp"

"Неизбежность странного микромира"

"Биология и жизнь"

ОБРАЗОВАНИЕ

Открытое письмо министру образования

Антиреформа

Соросовский образовательный журнал

Биология

Науки о Земле

Математика и Механика

Технология

Физика

Химия

Русская литература

Научная лаборатория школьников

КОНКУРСЫ

Лучшие молодые
ученые России

Для молодых биологов

БИБЛИОТЕКИ

Библиотека Хроноса

Научпоп

РАДИО

Читают и поют авторы РП

ОТДЫХ

Музеи

Игры

Песни русского застолья

Народное

Смешное

О НАС

Редколлегия

Авторам

О журнале

Как читать журнал

Пишут о нас

Тираж

РЕСУРСЫ

Поиск

Проекты

Посещаемость

Журналы

Русские писатели и поэты

Избранное

Библиотеки

Фотоархив

ИНТЕРНЕТ

Топ-лист "Русского переплета"

Баннерная сеть

Наши баннеры

НОВОСТИ

Все

Новости русской культуры

Новости науки

Космические новости

Афиша

The best of Russian Science and Technology

 

 


Если Вы хотите стать нашим корреспондентом напишите lipunov@sai.msu.ru

 

Редколлегия | О журнале | Авторам | Архив | Ссылки | Статистика | Дискуссия

Галерея "Новые Передвижники"
Пишите

© 1999, 2000 "Русский переплет"
Дизайн - Алексей Комаров

Русский Переплет
Rambler's Top100 TopList