Исследование сверхпроводящих джозефсоновских контактов с туннельным и ферромагнитным слоями
Диссертация
Разработкой цифровой сверхпроводниковой логики занимался еще в 70-х и 80-х годах XX века целый ряд лабораторий и коммерческих~фирм. В то время в качестве одного из сверхпроводящих слоев в джозефсоновских контактах использовался свинец, металл, быстро деградирующий под воздействием окружающей среды, что делало прототипы логических устройств недолговечными. Но эта проблема была решена с внедрением… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. Обзор литературы
- 1. 1. Введение
- 1. 2. Сверхпроводимость и квантовые когерентные явления в сверхпроводниках
- 1. 3. Эффекты Джозефсона и джозефсоновские контакты
- 1. 3. 1. Туннельный джозефсоновский контакт
- 1. 3. 2. Гезистивно-шунтированная модель джозефсоновского контакта (RCSJ)
- 1. 3. 3. Температурная зависимость критического тока в SIS и SNS джо-зефсоновских контактах
- 1. 4. Джозефсоновский контакт в магшггном поле
- 1. 5. Эффект близости на SN и SF-границах раздела
- 1. 5. 1. Джозефсоновский SFS 7г-контакт
- 1. 5. 2. Джозефсоновский SIFS контакт
- 1. 6. Экспериментальное наблюдение 0−7г-перехода
- 1. 7. Преимущества SIFS джозефсоновских контактов
- 1. 8. RSFQ-логика, комплементарная ячейка, SFQ-тригер
- ГЛАВА 2. Технологические и экспериментальные методы
- 2. 1. Введение
- 2. 2. Установки магнетронного напыления многослойных тонкопленочных структур, используемые при изготовлении джозефсоновских контактов
- 2. 3. Технологии изготовления многослойных тонкопленочных структур для Ni-SIFS джозефсоновских контактов и для PdFe-SFS и SIFS джозефсоновских контактов
- 2. 4. Формирование туннельного слоя AI2O
- 2. 5. Установка фотолитографии MJB-4 и фоторезист AZ5214E
- 2. 6. Установка реактивного плазмохимического травления тонких пленок (RIE)
- 2. 7. Установка анодирования
- 2. 8. Технология изготовления туннельных джозефсоновских контактов методом мультиплицирования
- 2. 9. Технология изготовления Ni-SIFS джозефсоновских контактов с клином по толщине F-слоя методом мультиплицирования
- 2. 10. Установка термического напыления тонких пленок (TES)
- 2. 11. Технология изготовления PdFe-SFS джозефсоновских контактов
- 2. 12. SQUID-измерения PdFe-SFS JJs
- 2. 13. Технология изготовления джозефсоновских контактов PdFe-SIFS
- 2. 14. Методика транспортных dc-измерений PdFe-SIFS джозефсоновских контактов
- 2. 15. de-измерения А^г-SIFS джозефсоновских контактов и H3 система
- ГЛАВА 3. SIFS джозефсоновские контакты с сильным ферромагнетиком
- 3. 1. Введение
- 3. 2. Особенности изготовления джозефсоновских контактов Nb/AUh/Cu/Nt/Nb
- 3. 3. Транспортные измерения на IWSIFS джозефсоновских контактах
- 3. 4. Обсуждение экспериментальных результатов
Список литературы
- В.Н. Алфеев, П. А. Бахтин, А. А. Васенков, И. Д. Войтович, В. И. Махов, «Интегральные схемы и микроэлектронные устройства на сверхпроводниках», Под ред. В. Н. Алфеева. М.: Радио и связь, 232стр. (1985)
- Josephson B.D., Possible new effects in superconductive tunnelling // Phys. Lett. 1 (7), 1962 — P. 251−253.
- HYPRES Design Rules, http://www.hypres.com/foundry/niobium-process/
- K.K. Likharev and V.K. Semenov, IEEE Trans. Appl. Superconcl. v. l, p.3 (1991)
- В. В. Рязанов, УФН 169, 920 (1999)
- V. V. Ryazanov, V. A. Oboznov, A. Y. Rusanov, A. V. Veretennikov, A. A. Golubov, and J. Aarts, Phys. Rev. Lett. 86, 2427 (2001).
- A. I. Buzdin, Rev. Mod. Phys. 77, 935 (2005).
- E. Terzioglu and M. R. Beasley, IEEE Trans. Appl. Supercond. 8, 48 (1998).
- A. V. Ustinov and V. K. Kaplunenko, J. Appl. Phys. 94, 5405 (2003).
- L. B. Ioffe, V. B. Geshkenbein, M. V. Peigel’man, A. L. Fauch’ere and G. Blatter, Nature (London) 398, 679 (1999).
- G. Blatter, V. B. Geshkenbein and L. B. Ioffe, Phys. Rev. В 63, 174 511 (2001)
- Т. Yamashita, S. Takahashi and S. Maekawa, Appl. Phys. Lett 88, 132 501 (2006)
- A.K.Feofanov, V.A.Oboznov, V.V.Bolginov et al. Nature Physics 6, 593 (2010)
- M. I. Khabipov, D.V. Balashov, F. Maibaum et al., Supercond. Sci. Technol. 23, 45 032 (2010).
- A.I.Larkin and Yu.N.Ovchmnikov, Zh.Eksp.Teor.Fiz. 47, 1136 (1964) — Sov.Phys.JETP 20,762 (1965)
- P.Fulcle and R.A. Ferrell, Phys. Rev. 135, A550 (1964)
- A.I.Buzdin, L.N. Bulaevskii and S.V. Panyukov, JETP Lett. 35, 178 (1982)
- A.H. Буздин, В. Вуйчич, М. Ю. Куприянов, ЖЭТФ 101, 231 (1992).
- S. М. Frolov, D. J. Van Harlingen, V. A. Oboznov, V. V. Bolginov, and V. V. Ryazanov, Phys. Rev В 70, 144 505 (2004).
- А. V. Veretennikov, V. V. Ryazanov, V. A. Oboznov, A Yu. Rusanov, V. A. Larkin and J. Aarts, Physica В 284, 495 (2000).
- R. Held, J. Xu, A. Schmehl, C.W. Schneider, J. Mannhart, and M.R. Beasley, Appl. Phys. Lett. 89, 163 509 (2006).
- H. Kamerlingh-Onnes, Comm. Phys. Lab. Univ. Leiden 122, 124 (1911).
- W. Meissner R. Oschenfelder, Die Naturwissenshaften 21, 787 (1933).
- V.L. Ginzburg and L.D. Landau, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 20, 1064 (1950).
- J. Bardeen, L. N. Cooper and J. R. Schrieffer, Phys. Rev. 108, 1175 (1957).
- F. London and H. London, in Proc. Roy. Soc. pp.71−88 (1935).
- R. Doll and M. Nabauer, Phys. Rev. Lett. 7, 51 (1961).
- B. S. Deaver and W. M. Fairbank, Phys. Rev. Lett. 7, 43 (1961).
- P.W.Anderson and J.M. Rowell, Phys. Rev. Lett 10, 230 (1963)
- В.В.Шмидт «Введение в физику сверхпроводников», МЦНМО Москва, (2000)
- Т.Ван Дузер, Ч. У. Тернер «Физические основы сверхпроводниковых устройств и цепей», Радио и связь, Москва, (1984)
- Konstantin К. Likharev, «Dinamics of josephson junctions and circuits», MSU, Moscow, (1986)
- K.K. Likharev, Gordon and Breach New York (1986)
- H. Hilgenkamp and J. Mannhart, Rev.Mod.Phys, 74, 485 (2002)
- W. C. Stewart, Appl. Phys. Lett. 12, 277 (1968).
- D. E. McCumber, J. Appl. Phys. 39, 3113 (1968).
- E. Goldobin, StkJ. J-computer code
- V. Ambegaokar and A. Вага, toff, Phys. Rev. Lett. 10, 486 (1963).
- V. Ambegaokar and A. Baratoff, Phys. Rev. Lett. 11, 104 (1963).
- P. G. de Gennes, Superconductivity of Metals and Alloys, Acldison-Wesley, New York (1999).
- H. A. Kramers, Physica (Utrecht) 7, 284 (1940).
- M. Buttiker, E. P. Harris and R. Landauer, Phys. Rev. В 28, 1268 (1983).
- M. H. Devoret, J. M. Martinis and J. Clarke, Phys. Rev. Lett. 55, 1908 (1985).
- M. Weihnacht, Phys. Status Solidi 32, K169 (1969).
- V. A. Oboznov, V. V. Bol’ginov, A. K. Feofanov, V. V. Ryazanov and A. I. Buzdin, Phys. Rev. Lett. 96, 197 003 (2006).
- И.С.Вещунов, В. А. Обознов, А. Н. Россоленко и др., Письма в ЖЭТФ 88, 873 (2008).
- P.G. de Gennes, Rev.Mod.Phys. 36, 225 (1964)
- N.R. Werthamer, Phys. Rev. 132, 2440 (1963)
- G. Eilenberger, Z. Physik. 214, 195 (1968)
- K.D.Usadel, Phys. Rev. Lett. 25, 507 (1970)
- M.Yu.Kupriyanov and V.F.Lukichev, Zh.Eksp.Teor.Fiz. 94, 139 (1988) Sov.Phys.JETP 67,1163 (1988).
- A.F.Andreev, Zh.Eksp.Teor.Fiz. 46, 1823(1964) — 49,655 (1965) — Sov.Phys.JETP 19,1228 (1964) — 22,455(1966)
- A.Rusanov «Effects of proximity coupling and magnetization swiching in superconductor/ferromagnet hybrids»
- J.C. Slater, J. Appl. Phys. 8, 385 (1937)
- L. Pauling, Phys. Rev. 54, 899 (1938)
- J.A. Mydosh and G.J. Nieuwenhuys in 'Ferromagnetic Materials Г Ed. E.P. Wolhlfarth, Nord-Holland Publishing (1980)
- A.M. Буздин, JI. H. Булаевский, М. Л. Кулич, C.B. Пашоков, УФН 144 597 (1984).
- M.Faure and A.I.Buzdin, Phys. Rev. Lett 94, 187 202 (2005)
- L.Bulaevskii, V. Kuzii and A. Sobyanin, JEYP Lett. 25, 7 (1977)
- Y.Blum, A. Tsukernik, M. Karpovski and A. Palevski, Phys. Rev. Lett. 89, 187 004 (2002).
- H. Sellier, C. Baraduc, F. Lefloch and R. Calemczuk, Phys. Rev. B 68, 54 531 (2003).
- C. Bell, R. Loloee, G. Burnell and M. G. Blanure, Phys. Rev. B 71, 180 501 (2005).
- V. Shelukhin, A. Tsukernik, M. Karpovski, Y. Blum, K. B. Efetov, A. F. Volkov, T. Champel, M. Eschrig, T. Lofwander, G. Schon ancl A. Palevski, Phys. Rev. B 73, 174 506 (2006).
- A.I.Buzdin and M. Yu. Kupriyanov, JETP Lett. 53, 321 (1991)
- Z. Raclovic, M. Leclvij, Dobrslavjevic-Grujich, A.I.Buzdin and J.R. Clem, Phys.Rev.B 44, 759 (1991)
- F.A. Bergeret, A. F Volkov and K.B. Efetov, Phys.Rev.B 65, 134 505 (2002)
- L.P. Gor’kov, Zh.Eksp.Teor.Fiz 34, 735 (1958) Sov.Phys.JETP 7, 505
- N. N. Bogolyubov, Zh.Eksp.Teor.Fiz 34, 58 (1958) — 34, 73(1958) Sov.Phys.JETP 7,41 (1958) — 7,51 (1958)
- G.B. Demier, G.B.Arnold and M.R.Beasly, Phys. Rev. B 55, 15, 174 (1997)
- A. Cottet and W. Beizig, Phys. Rev. B 72, 180 503 (2005).
- T. Kontos, M. Aprili, J. Lesueur and X. Grison, Phys. Rev. Lett. 89, 137 007 (2002).
- F. Born, M. Siegel, E. K. Hollmann, H. Braak, A. A. Golubov, D. Yu. Gusakova and M. Yu. Kupriyanov, Phys. Rev. B 74, 140 501 (2006).
- R. Latempa, L. Parlato, G. Peluso, G. P. Pepe, A. Ruotolo, A. Barone and A. A. Golubov, IEEE Trans. Appl. Supercond. 15, 133 (2005).
- J.W.A. Robinson, S. Piano, G. Burnell, C. Bell and M. G. Blamire, Phys. Rev. Lett. 97, 177 003 (2006).
- M. Weicles, M. Kemmler, E. Goldobin, D. Koelle, R. Kleiner, H. Kohlstedt, and A. Buzdin, Appl. Phys. Lett. 89, 122 511 (2006).
- A. S. Vasenko, A. A. Golubov, M. Y. Kupriyanov, and M. Weicles, Phys. Rev. B 77, 134 507 (2008).
- J. M. Martinis, M. H. Devoret and J. Clarke, Phys. Rev. B 35, 4682 (1987).
- A.Wallraff, T. Duty, A. Lukashenko and A.V. Ustinov, Phys. Rev. Lett. 90, 37 003 (2003).
- A. Bauer, J. Bentner, M. Aprili, M. L. Delia Rocca, M. Reinwald, W. Wegscheiderand C. Strunk, Phys. Rev. Lett. 92, 217 001 (2004).
- W. Guichard, M. Aprili, O. Bourgeois, T. Kontos, J. Lesueur and P. Ganclit, Phys.Rev. Lett. 90, 167 001 (2003).
- V. Zdravkov, A. Sidorenko, G. Obermeier, S. Gsell, M. Schreck, C. Muller, S. Horn, R. Tidecks and L.R. Tagirov, Phys. Rev. Lett. 97, 57 004 (2006).
- Ya. V. Fominov, N. M. Chtchelkachev and A. A. Golubov, Phys. Rev. B 66, 14 507 (2002).
- L. Cretmon, A. K. Gupta, H. Sellier, F. Lefloch, M. Faure, A. Buzdin and H. Courtois, Phys. Rev. B 72, 24 511 (2005).
- A. Buzdin and I. Baladie, Phys. Rev. B 67, 184 519 (2003).
- Y. Blum, A. Tsukernik, M. Karpovski and A. Palevski, Phys. Rev. B 70, 214 501 (2004).
- J. E. Mooij, T. P. Orlando, L. Levitov, L. Tian, Caspar H. van der Wal and S. Lloyd, Science 285, 1036 (1999).
- A. V. Samokhvalov, S. N. Vdovichev, B.A. Gribkov, S.A. Gusev, A.Yu. Klimov, Yu.N. Nozdrin, V.V. Rogov, A.A. Fraerman, S.V. Egorov. V.V. Bol’ginov, A.B. Shkorin and V.S. Stolyarov, JETP Lett., 95, 2, 104 (2012).
- R. Berisch, Sputtering by Particle Bombardment I, Springer, Heidelberg (1981)
- N. Cabrera, Phil. Mag. 40, 175 (1949).
- N. Cabrera and N. F. Mott, Rep. Progr. Phys. 12, 163 (1949).
- L.Young, Anodic Oxide Films, Academic, New York (1961).
- H.Kroger, L.N.Smith and D.W.Jillie, Appl. Phys. Lett. 39, 280 (1981).
- R.P. Giffard, R.A. Webb, and J.C. Wheatley J. Low Temp. Phys. 6 533 (1972).
- Дж. Кларк Сверхпроводящие квантовые интерференционные приборы для низкочастотных измерений, стр. 7−65. В сб.: Слабая сверхпроводимость. Под. ред. Боголюбова Н. Н. М.: Мир, 1980.
- А. Бароне, Дж. Патерно Эффект Джозефсона. М.: Мир, 1984.
- В. В. Рязанов, В. А. Обознов, А. С. Прокофьев, С. В. Дубонос, Письма в ЖЭТФ, 77, 43 (2003)
- M. Weicles, M. Kemmler, E. Goldobin, H. Kohlstedt, R. Waser, D. Ivoelle, and R. Kleiner, Phys. Rev. Lett.97, 247 001 (2006).
- M. Weides, C. Schindler, and H. Kohlstedt, J. Appl.Phys. 101, 63 902 (2007).
- J. Pfeiffer, M. Kemmler, D. Koelle, R. Kleiner, E. Goldobin, M. Weides, A. K. Feofanov, J. Lisenfeld, and A. V. Ustinov, Phys. Rev. В 77, 214 506 (2008).
- Z. Radovic, N. Lazarides, and N. Flytzanis, Phys. Rev. В 68, 14 501 (2003).
- M. Weicles, K. Tillmann, and H. Kohlstedt, Physica С 437−438, 349 (2006).
- H. Kohlstedt, F. Konig, P. Henne, N. Thyssen, and P. Caputo, J. Appl. Phys. 80, 5512 (1996).
- M. Weides, Appl. Phys. Lett. 93, 52 502 (2008).
- A. B. Pippard, Rep. Prog. Phys. 23, 176 (1960).
- C. Fierz, S.-F. Leet, J. Bass, W. P. Jr, and P. Schroeder, J. Phys. Condens. Matter 2, 9701 (1990).
- C. E. Moreau, I. C. Moraru, N. O. Birge, and W. P. Pratt, Appl. Phys. Lett. 90, 12 101 (2007).
- D. Y. Petrovykh, K. N. Altmann, H. Hochst, M. Laubscher, S. Maat, G. J. Mankey, and F. J. Himpsel, Appl. Phys. Lett. 73, 3459 (1998).
- T. Y. Karminskaya and M. Y. Kupriyanov, JETP Letters 85, 286 (2007).
- T.S.Khaire, W.P.Pratt, Jr., and Norman O. Birge, Phys.Rev. B 79, 94 523 (2009).
- K.Senapati, M.G.Blamire and Z.H.Barber, Nature Materials 10, 894 (2011).
- E.G. Stoner, Proc. Roy. Soc., A165, 372 (1938).
- C. Buscher, T. Auerswalcl, E. Scheer, A. Schroder, H. v. Lohneysen. and H. Claus, Phys. Rev. B 46, 983 (1992).
- R.Karplus and J.M. Luttinger, Phys.Rev. 95, 1154 (1954).
- O.A. Mukhanov, DKirichenko, I.V.Vernik, T.V.Filipov, A. Kirichenko, R. Webber, V. Dotsenko, A. Talalaevskii, J.C. Tang, A. Sahu, P. Shevchenko, R. Miller, S.B. Kaolan, S. Sarwana, and D. Gupta, IEICE Trans. Electron. E91-C (3), 306 (2008).
- I.V. Vermk, D.E.Kirichenko, V.V. Dotsenko, R. Miller, R.J.Webber, P. Shevchenko, A. Talalaevskii, D. Gupta and O.A. Mukhanov, Supercond. Sei. Technol. 20, S323 (2007)
- O. A. Mukhanov, A. F. Kirichenko, T. V. Filippov, and S. Sarwana, IEEE Trans. Appl. Supercond. 21, 797 (2011).
- O.A. Mukhanov, IEEE Trans. Appl. Supercond., 21, 760 (2011)
- S. Nagasava, H. Numata Y. Hashimoto and S. Tahara, IEEE Trans. Appl. Supercond., 9, 3708 (1999)
- S. Tahara, I. Ishida, Y. Ajisawa and Y. Wacla, J.Appl.Phys. 65, 851 (1989)
- A. F. Kirichenko, 0. A. Mukhanov, and D. K. Brock, in Extended Abstracts 7th Int. Supercond. Electron. Conf. (ISEC'99) (Berkeley, CA, 1999), pp. 124−127.
- Q. Herr and L. Eaton, Supercond. Sei. Technol. 12, 929 (1999).
- S. Nagasawa, K. Hinode, T. Satoh, Y. Kitagawa, and M. Hidaka, Supercond. Sei. Technol. 19, S325 (2006).
- Q. Liu, K. Fujiwara, X. Meng, S. Whiteley, T. van Duzer, N. Yoshikawa, Y. Thakahashi, T. Hikida, and N. Kawai, IEEE Trans. Appl. Supercond. 17, 526 (2007).
- S. Oh, D. Youm, and M. Beasley, Appl. Phys. Lett. 71, 2376 (1997).
- D. Brock, A. Kadin, A. Kirichenko, O. Mukhanov, S. Sarwana, J. Vivalda, W. Chen, and J. Lukens, IEEE Trans. Appl. Supercond. 11(1) 369 (2001).
- D. Yohannes, S. Sarwana, S. K. Tolpygo, A. Sahu, and V. Semenov, IEEE Trans. Appl. Supercond. 15, 90 (2005) —
- S. K. Tolpygo, D. Yohannes, R. T. Hunt, J. A. Vivalda, D. Donnelly, D. Amparo, and A. F. Kirichenko, IEEE Trans. Appl. Supercond. 17, 946 (2007).
- T. Yeh and D. N. Langenberg, Phys. Rev. B 17, 4303 (1978).
- I. P. Nevirkovets and E. M. Ruclenko, Sov. Phys. JETP 61(5), 1011 (1985).
- V. F. Elesin and Yu. V. Kopaev, Usp. Fiz. Nauk 133, 259 (1981).