• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
24.10.2023
ФизТех
390

Разработана методика изготовления сверхпроводниковых пленок с оптимальными параметрами

4.3

Ученые из МФТИ и ИРЭ имени В. А. Котельникова РАН определили условия получения сверхпроводящих пленок из нитрида ниобия титана с оптимальными свойствами: малой глубиной проникновения магнитного поля, высокой температурой перехода в сверхпроводящее состояние и высокой удельной проводимостью. Полученный результат поможет синтезировать высококачественные пленки для элементов устройств сверхпроводниковой электроники.

Исследователи разработали методику изготовления сверхпроводниковых пленок NbTiN с оптимальными параметрами
Исследователи разработали методику изготовления сверхпроводниковых пленок NbTiN с оптимальными параметрами / © Getty images / Автор: Ольга Кузьмина

Статья опубликована в журнале IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда. Основное преимущество сверхпроводниковых электронных устройств — в низком уровне «паразитных» собственных шумов. Малошумящие устройства можно использовать для изучения квантовых свойств частиц, обработки излучения от далеких объектов Вселенной или для исследования состава веществ. Популярные сверхпроводники — пленки из ниобия. Основным минусом таких пленок является тот факт, что их «максимальная» рабочая частота составляет 700 Гигагерц — она ограничена щелевой частотой ниобия.

Если электрический сигнал, проходящий по сверхпроводнику, обладает большей частотой, куперовские пары — связанные электроны, ответственные за свойство сверхпроводимости — разрываются, что приводит к существенному (на два-три порядка) увеличению сопротивления пленок. Для наблюдения за туманностями и звездами или для мониторинга состава атмосферы по колебательным и вращательным спектрам молекул часто нужно уметь работать на частотах выше одного ТГц, что почти в полтора раза больше, чем максимальная частота для ниобиевых пленок. Поэтому актуален поиск новых перспективных сверхпроводящих материалов и технологий их оптимального производства.

В Институте радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН методом магнетронного напыления исследователи изготовили пленки нитрида ниобия титана (NbTiN). Там же измерили их проводимость и критическую температуру при постоянном токе. Ученые МФТИ с помощью терагерцового спектрометра определили основные параметры этих пленок: температуру перехода в сверхпроводящее состояние, величину энергетической щели, глубину проникновения магнитного поля и проводимость.

Ранее японские коллеги проводили схожее исследование пленок нитрида ниобия и нитрида ниобия титана. Однако они работали с пленками существенно тоньше, чем необходимо для изготовления электродов сверхпроводниковых линий передачи сигнала в приемных устройствах ТГц-диапазона. Так как по мере увеличения толщины меняется структура пленок, то параметры образцов из одного материала, но с разными толщинами будут заметно отличаться. Важно отметить, что на практике толщина электродов выбирается больше, чем глубина проникновения магнитного поля; в противном случае потери в линии оказываются достаточно велики. Российские ученые изготовили и изучили сверхпроводящие пленки, максимально приближенные по всем параметрам к электродам сверхпроводниковых линий в реальных устройствах.

«Мы хотели определить оптимальные условия изготовления пленок, для этого меняли концентрацию азота в камере магнетрона. Эта концентрация определяет состав пленки и скорость ее роста, что отражается на свойствах. Мы нашли оптимальное значение, которое позволило, с одной стороны, получить пленку с достаточно небольшой глубиной проникновения магнитного поля, с другой стороны — достаточно высокую критическую температуру и проводимость», — говорит Федор Хан, научный сотрудник ИРЭ имени В. А. Котельникова.

Также исследователи применили различные модели для количественного описания свойств сверхпроводниковых пленок на терагерцовых частотах: стандартную модель Маттиса — Бардина, расширенную модель Циммермана (которая учитывает конечное время свободного пробега электронов, неизбежно присутствующих в сверхпроводниках при ненулевой температуре). Кроме того, ученые рассмотрели модель, учитывающую влияние магнитных примесей и структурных неоднородностей в пленках, из-за которых может происходить распад куперовских пар. Выяснилось, что уже модели Циммермана оказывается достаточно для неплохого количественного описания.

«Имеющееся в распоряжении лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ спектроскопическое оборудование позволяет проводить детальное исследование особенностей сверхпроводящего состояния в тонких сверхпроводящих пленках, а также характеризовать на количественном уровне их основные электродинамические параметры на терагерцовых частотах. Последнее особенно важно для разработки приборов и устройств сверхпроводящей электроники следующих поколений», — отмечает Елена Жукова, ведущий научный сотрудник лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ.

Благодаря полученным результатам другие научные группы смогут воспроизводить пленки с оптимальными параметрами. Это ускорит разработку устройств сверхпроводниковой электроники. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 16:02
Александр Березин

Ровно 55 лет назад США высадили людей на Луне. Почему они, а не мы? Это объясняли и неспособностью создать достаточно мощные двигатели для советской лунной ракеты, и ошибками в проектировании ракеты, и нехваткой финансирования. Все эти версии объединяет одно: они резко противоречат документам. Из них складывается совершенно иная картина проигрыша. Так что же на самом деле погубило советскую лунную программу? И отчего последствия этого удара до сих пор так больно бьют по «Роскосмосу»?

8 часов назад
Редакция Naked Science

Ожирение за последние 50 лет стало встречаться втрое чаще и заняло устрашающую пятую позицию в причинах смерти. Не отстает от него и диабет второго типа. Исследователи из Мичиганского университета предложили новый метод пятикратного увеличения эффективности в снижении аппетита и потере веса.

Позавчера, 15:26
Андрей

Изучение реакции социальных животных на смерть члена группы, особенно наблюдение за поведением приматов, крайне важно для эволюции танатологии. Внезапная гибель сородича может вызвать сильный стресс у животных из-за разрыва крепких связей. Но исследования не ограничиваются визуальными проявлениями — гораздо важнее анализировать секрецию гормонов стресса. Антропологи предложили изучать сразу группу двух разных стероидов. Они проверили свой метод на гиббонах, потерявших взрослого самца.

16 июля
Александр Березин

Традиционное представление о роли человека в земных экосистемах известно: он нарушает их нормальную работу и снижает биоразнообразие. Однако первая попытка изучить следы пыльцы за последние 12 тысяч лет принесла скорее противоположные данные — как минимум для континентов, полностью расположенных в Северном полушарии.

17 июля
Василий Парфенов

В работе космонавтов крайне много трудностей и опасностей, а вот радостей, помимо гордости за уникальную профессию и хорошей зарплаты, маловато. Самое обидное, что в космосе фактически недоступен простейший способ поднять себе настроение — вкусно поесть. Вся пища в условиях микрогравитации воспринимается сильно иначе, и не совсем понятно, почему это происходит. Согласно новому исследованию австралийских ученых, дело может быть не только в невесомости.

18 июля
Алиса Гаджиева

Жители Помпей занимались своей обычной дневной работой, когда недалеко от их города взорвался вулкан. Столб пепла, тефры и раскаленного газа достигал многокилометровой высоты. Некоторые попробовали спастись, но у них не вышло. Авторы новой работы объяснили почему.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно