Слабые связи

Содержание

Слайд 2

Понятие о слабой связи Определение: Слабая сверхпроводящая связь – это проводящее

Понятие о слабой связи

Определение:
Слабая сверхпроводящая связь – это проводящее соединение между

массивными сверхпроводниками (электродами), критический ток которого значительно меньше критического тока электродов и размер которого порядка длины когерентности

Слабые связи грубо делятся на 2 класса:
-туннельные переходы (переходы туннельного типа)
-структуры с непосредственной (нетуннельной) проводимостью (например, мостики)

Слайд 3

Типы слабых связей и методики их изготовления

Типы слабых связей и методики их изготовления

Слайд 4

Туннельные структуры 1) S-I-S-туннельная структура Отличие от туннельного контакта в толщине изолятора (I): dI=10-20Å=1-2нм

Туннельные структуры

1) S-I-S-туннельная структура
Отличие от туннельного контакта в толщине изолятора (I):

dI=10-20Å=1-2нм<
Слайд 5

Туннельные структуры 2) S-I-S'-туннельная структура. Аналогична 1-ой, только разные сверхпроводники. 3)

Туннельные структуры

2) S-I-S'-туннельная структура. Аналогична 1-ой, только разные сверхпроводники.
3) S-п/п-S-структура. Прослойка

из полупроводника. Появляется уже и нетуннельная (а непосредственная) проводимость.
4) S-N-S-структура. Это «туннельная» структура с непосредственной проводимостью.
Из-за эффекта близости куперовские пары проникают в нормальный металл на длину когерентности ξN~ħvF/kT~103-104Å (зависит от температуры).
Приведенная формула – это просто соотношение неопределенности:
ΔE⋅Δτ=ΔE⋅ξ/vF~ħ
Т.е. здесь dN (~103Å) может быть значительно больше dI. Чтобы связь была слабой (т.е. чтобы Ic был мал), надо dN≥ξN.
5) S-S'-S-структура. Причем Тс'
Слайд 6

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Мостик Дайема Обозначается как S-c-S, c=constriction=сужение

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные)

Мостик Дайема
Обозначается как S-c-S, c=constriction=сужение

Слайд 7

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) L~ξ − длина мостика ξ=▼vF/(πΔ)~103 Å

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные)

L~ξ − длина мостика
ξ=▼vF/(πΔ)~103 Å в обычных

металлах
w − ширина мостика,
L, w~0.1-1 мкм

Типичная толщина пленки dпленки~2⋅103-3⋅103 Å

Типичная толщина пленки dпленки~2⋅103-3⋅103 Å

Слайд 8

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Слабость Ic из-за сужения, jc –

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные)

Слабость Ic из-за сужения, jc – тот

же.
Называют: структура с концентрацией тока
Слайд 9

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Мостик переменной толщины (Лихарева) dмост=3⋅103-103 Å L, w~0.1-1 мкм

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные)

Мостик переменной толщины (Лихарева)

dмост=3⋅103-103 Å < dпленка=103-3⋅103

Å
L, w~0.1-1 мкм
Слайд 10

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Мостик переменной толщины (Лихарева) L~0.1-1 мкм, w~100 мкм (во всю ширину)

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные)

Мостик переменной толщины (Лихарева)

L~0.1-1 мкм, w~100 мкм

(во всю ширину)
Слайд 11

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Точечный контакт rиглы~1 мкм

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные)

Точечный контакт

rиглы~1 мкм

Слайд 12

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) «Прижимной контакт»

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные)

«Прижимной контакт»

Слайд 13

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Микроструктура контакта Типичный размер закороток 1-10 нм Расположены хаотично

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные)

Микроструктура контакта

Типичный размер закороток 1-10 нм Расположены

хаотично
Слайд 14

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Break-контакт Примерно равно точечному. Ломают в гелии, но не раздвигают

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные)

Break-контакт

Примерно равно точечному. Ломают в гелии, но

не раздвигают
Слайд 15

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Мостик на эффекте близости (мостик Нотариса)

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные)

Мостик на эффекте близости (мостик Нотариса)

Слайд 16

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Мостик на эффекте близости (мостик Нотариса)

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные)

Мостик на эффекте близости (мостик Нотариса)

Слайд 17

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Ионно-имплантированный мостик Имплантация ионов в СП.

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные)

Ионно-имплантированный мостик

Имплантация ионов в СП. В поврежденной

области может быть N,
п/п, S’-тип

Размеры: L ≤ 1 мкм, w ≈ 100 мкм

Слайд 18

Другие типы Капля Кларка Сечение: В окисном слое (d~10 нм) микрозакоротки

Другие типы

Капля Кларка

Сечение:

В окисном слое (d~10 нм) микрозакоротки

Слабость связи за счет


сильной концентрации тока
(как в точечном контакте)
Слайд 19

Другие типы Микроконтакт Янсона (микропрокол) Закоротка диаметром ~10-100 нм. Диэлектрик толстый (≥10 нм), не слабая связь

Другие типы

Микроконтакт Янсона (микропрокол)

Закоротка диаметром ~10-100 нм.
Диэлектрик толстый (≥10 нм), не

слабая связь
Слайд 20

Другие типы Мостик на торце пленки 1 этап: подготовка торца Пленка:

Другие типы

Мостик на торце пленки

1 этап: подготовка торца

Пленка: окись или Si.

Толщина d~30 нм.
Подложка: сапфир.
Край резкий (это важно), литографией
Слайд 21

Другие типы Мостик на торце пленки 2 этап: напыление сверхпроводника S-сверхпроводник

Другие типы

Мостик на торце пленки

2 этап: напыление сверхпроводника

S-сверхпроводник (Nb, Nb3Sn, ВТСП)

Нет контакта между двумя половинками СП пленки
Слайд 22

Другие типы Мостик на торце пленки 3 этап: напыление мостика По горизонтали ширина мостика w~0.1-1 мкм

Другие типы

Мостик на торце пленки

3 этап: напыление мостика

По горизонтали ширина мостика

w~0.1-1 мкм
Слайд 23

Другие типы Мостик на торце пленки Вид сверху:

Другие типы

Мостик на торце пленки

Вид сверху:

Слайд 24

Другие типы Мостик на бикристаллической подложке (ВТСП) Граница = слабая связь

Другие типы

Мостик на бикристаллической подложке (ВТСП)

Граница = слабая связь в ВТСП.

Подложка = бикристалл (разные оси). Пленка «чувствует» разницу и на стыке появляется слабая связь.
Мостик – литографией
Слайд 25

Другие типы «Разрез»

Другие типы

«Разрез»

Слайд 26

Системы слабых связей Параллельное соединение двух слабых связей приводит к интерференции токов. Это интерферометр

Системы слабых связей

Параллельное соединение двух слабых связей приводит к интерференции токов.

Это интерферометр
Слайд 27

Системы слабых связей Множественные слабые связи 1. Гранулированная пленка с Джозефсоновскими

Системы слабых связей

Множественные слабые связи

1. Гранулированная пленка с Джозефсоновскими (слабыми) связями

между гранулами

2. Набор шариков (поверхность окислена)
3. ВТСП керамика часто является Дж-системой

Слайд 28

Системы слабых связей Множественные слабые связи 4. Делают специальные двумерные цепи

Системы слабых связей

Множественные слабые связи

4. Делают специальные двумерные цепи (цепочки) слабых

связей. До 100 000 элементов

5. Сетки слабых связей (14 х 2000)

Слайд 29

Методики изготовления слабых связей Лабораторные методики 1. Осаждение в вакууме. Для

Методики изготовления слабых связей

Лабораторные методики

1. Осаждение в вакууме. Для слабых связей

туннельного типа (например, S-I-S).
Делаются, как и туннельные переходы, но толщина диэлектрика 10-20 Å.
2. Точечные и прижимные контакты.
-Иголка из СП (Nb). Диаметр на конце ~1 мкм (станок, спец. травление, отжиг).
-Две проволочки:
Слайд 30

Методики изготовления слабых связей Лабораторные методики 3. Скрайбирование (процарапывание). Для мостиков

Методики изготовления слабых связей

Лабораторные методики

3. Скрайбирование (процарапывание). Для мостиков

Перерезание пленки поперек

(алмазная игла, микроподача)
Слайд 31

Методики изготовления слабых связей Литография Пусть мы хотим сделать такую структуру:

Методики изготовления слабых связей

Литография

Пусть мы хотим сделать такую структуру:

Из металла на

диэлектрической подложке

Операция №1: Наносим на подложку пленку металла нужной толщины, затем слой резиста

Слайд 32

Методики изготовления слабых связей Литография Операция №2: Через маску экспонируют фоторезист

Методики изготовления слабых связей

Литография

Операция №2: Через маску экспонируют фоторезист

Слайд 33

Методики изготовления слабых связей Литография Операция №3: Проявляют и удаляют неосвещенные

Методики изготовления слабых связей

Литография

Операция №3: Проявляют и удаляют неосвещенные участки фоторезиста.

Это т.н. негативный фоторезист

Может быть и позитивный фоторезист.
Тогда удаляются освещенные участки

Слайд 34

Методики изготовления слабых связей Литография Операция №5: Удаляют весь фоторезист растворителем

Методики изготовления слабых связей

Литография

Операция №5: Удаляют весь фоторезист растворителем

Слайд 35

Некоторые параметры слабых связей 1. Эффективная длина Lэф Та, где заметно меняется щель Δ

Некоторые параметры слабых связей

1. Эффективная длина Lэф

Та, где заметно меняется щель

Δ