Устройство со многими джозефсоновскими переходами и способ его изготовления

Устройство со многими джозефсоновскими переходами и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСпуБлин

ЗЫ1 Н 01 !. 39/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3302328/18 — 25 (22) 25.03.81 (46) 15.08.84. Бн>л, 30 (72) Н.А. Белоус, >.!>!. Габович, !!. В. Лежненко,;!. II. "оисеев и С. Е. Уварова (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физики ЛН Украинской ССР и Институт металлофизики АН Украинской CCP (53) 621.326(088.8) (56) 1. P.(> . And«rson, J.!. Rove!1

"Probable obsc rvat ion uf Г1>(!<>sr р1>super eon(!u< t ind tunne i ng < t .! ec t"

Phys Rev !.ett. 1963, 10, >>" 6, р. 2 !С>—

232.

2. Лкцептованная заявка Японии

48-23879, НКИ 100 0 О, опублик. 1973 (прототип).

„„SU,„, 1034548 А (54) УСТ!>01!С КО (.О И!01 !1е>! .ИОЗЕФ(:(>НОВОЫ!>!!1 Н!((>!>ХО;1М1!1 !! СНОС(% Е! О 11З—

ГОТОВ Н .НИЯ (57) 1. Устройство сп многими дж. еф

ItoBcK1tMt (переходамн, на поверхности которого распо:>ожены электроды, содержащее связанные сверхпроводящи« элементы, разделенные изолирующими слоями, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, свсрхпроводящис элементы выполнены в виде зерен спеенной керамики НаР М„О * rye х =

= 0,2-0,3, которые о(ъединсны в f «.t(> произвольной формы, прн этом eре,lннй размер зерна -1 — 10 мкм, и ко:н>ч> ство электрод >в соответствует чн . >у задействованных джезофсо>н>м.к»»«в реходов.

1034548

2 ° Способ изготовления устройства товления и повышения надежности и со многими джозефсоновскими перехо- стабильности параметров, множествендами, заключающийся в изготовлении ную структуру получают путем спекамножественной структуры с переходами ния несверхпроводящих порошков BaPbOr сверхпроводник — изолятор — сверхпро- и ВаВ10 до образования сверхпроводяводник и нанесении на нее электродов, щего твердого раствора с зернистой отличающийся тем, что, макроструктурой при температуре 900с целью упрощения технологии изго- 1100 К в течение 0,5-10 ч. реключателя элект(3ических сигналов, детектора, генератора электромагнитного излучения и -..ï.

Известно устройство с пленочным туннельным переходом «7жозс3(13сона, ко- 10 торое содержит сплошнук3 однородную плс нку толк(иной 1-3 нм 1 g

Наиболее бл, эким по тсхпической сути является устройство со многими дж(>зефсоновскими переходами, содержащее свя5лнные сверхпроводящие элементы, разделенпыс. изолирующими слоями, II;I поверхности которого расположс ны элс ктрс«ды (2 l.

Н достаток устройства со многими дж()ç(tlñ (3по13скими переходами заклю«iI(."I(-II в том, что оно фактически и Р(;!(. I if 13«15I oT co6oH оДин, MII03I((? с TI3(II— пый джон(фсоновский переход, т.е. функциональные возможности такого устройства ограничены. Кроме того, устройство такого типа подвержено процессом старения и необратимым изменениям при термоциклировании в результате разрушения изолирующего

20

30 слоя.

Известен также способ из готовления устройства со многими джозефсоновскими переходами, заключающийся в изготовлении множественной струк- З5 туры с переходами сверхпроводник изолятор — сверхпроводник и нанесении пленочных электродов .2 ).

Недостатками этого способа являются использование дорогостоящего 40 оборудования, сложных технологических линий и квалифицированной рабочей силы; необходимость многих цикИзобретение относится к сверхпрово. дящим ус-.ройствам и способам их изготовления, в частности к устройствам, использующим эффект 7жозефсона, и может найти применение в качестве пе- 5 лов иапыле сверхпроводящих пленок и нанесения изолирующего слоя, что сопряжено со значительными потерями времени на изготовление одного устройства.

Кроме того, способ не обеспечивает надежности и стабильности параметров устройства из-за процессов старения и необратимых изменений при термоциклировании.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, создание устройства с множеством раздельных переходов, каждый из которых является переходом с множественным джозефсоновским туннелированием, а также упрощение технологии изготовления и повышение надежности и стабильности параметров.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, на поверхности которого расположены электроды, содержащем связанные сверхпроводящие элементы, разделенные изолирующими слоями, сверхпроводящие элементы выполнены в виде зерен спеченной керамики ВаРЬ Bi. 0, где х = — 0,2-0,3, которые объединены в тело произвольной формы, при этом средний размер зерна -1-10 мкм, а количество электродов соответствует числу задействованных джозефсоновских пере. ходов.

В способе изготовления устройства со многими джозефсоновскими переходами, заключающемся в изготовлении множественной структуры с переходами сверхпроводник — изолятор — сверхпроводник и нанесении на нее электродов, множественную структуру изготавливают спеканием несверхпроводящих порошков BaPIoD и BaBiO> до образования сверхпроводящего твердого з 10345 раствора с зернистой макроструктурой при температуре 900-1100 К в течение

0,5-10 ч.

На фиг. 1 дана схема предлагаемо- го устройства.

Устройство содержит сверхпроводящую керамику ВаРЬ, „Bi„О 1 в виде массивного образца или пленки, электроды 2, представляющие токовые Т и потенциальные П контакты. Кроме того, 10 на чертеже изображены зерна керамики

3 и изолирующие прослойки 4.

Работает устройство следующим образом. Рабочая температура поддерживается, как и в обычном переходе

Джозефсона, ниже T (Тс — критическая температура перехода в сверхпр(.— водящее состояние). Контакты 1,, Т.„ подклн1чены к генератору тока. 11анряжение снимается с конт:ктов 114 И" 20

При протекании тока 3 < 4с- с контак тов Пц, П снимается напряжением, от.вечающее вольт-амперной характеристике, представленной на фиг. 2. Это напряжение может управляться включением малого магнитного поля, уменьшающего значение 4с В поле Н 1 Э 3с уменьшается до нуля.

Предлагаемое изобретение позволит расширить функциональные возможности

30 устройств, использующих джозефсоновское туннелирование в технике и создать на его основе различные быстродействующие нелинейные элементы.

Устройство изготавливают следующим образом. Измельчан1т керамику

ВаРЬ0»и керамику BaBiO- в порошок со средним размером зерен d. 1 — 10 мкм.

<.p

Эти порошки являются исходIII

ВаР („Бе.„О» нужного состава, где

40 х = 0,-2 — 0,3.

Указанные составы выбираются из тех соображений, что согласно экспериментальной зависимости критической температуры Т(с перехода в сверхпроводящее состояние от состава твердого раствора Х (фиг. 3) максимальные значения Т достигаются при

0,2, (й 0,3.

Смешивай указанные порошки, напри-- 0 мер, в соотношении РЬ/Bi = 4, прессуют их в тело произвольной формы. Спекание производят в обычной печи типа

МП-2УМ на воздухе при высокой температуре 900-1100 К в течение 6 ч, за это время происходит образование сверхпроводящего твердого раствора с кристаллической решеткой типа пе48 4 рсвскита и зернистой млкроструктурой с диэлектри:ескими прослойклм11. Затем производится нанесение необход11мого количества контактов, например, способом вжпганпя серебросодержащ11х паст. 11оказателем готовности устройств для проявления эффекта Джозефсонл является форма и ширина перехода в сверхпроводящее состояние. Это объясняется тем, что нлличие диэлектрических прослоек между зернами привод((т к появлс ни(в разлlечия междg кр11 тической температурой перехода в серх = проводящее состоял((е клждогo отдсл1,— ного зерна макроекоп11ческнх размеров и критической темперлтурой перехода в сверхпроводящес состояние всего образца, об;словленной джо"ефсоновскими связям11. В этом случае измерения индуктивным методом ф11к— сируют размытые I plIB(ale перехода.

При температуре спеклнпя Т

1000 К, лежлщс и е(уклзлн1(ом в(,иис

О и т им Ял ь I (o M и и т с 1э в < . .1 е I l o дл Я м Я.(1 с» 1 и времени спеKBHIIH 0,5 ч (фиг. 4, кривая 1) 1нЕобхо;ц(мля для проявлс—

IIIIH сверхпроводящ1(х 11 джозсфеононских свойств структурл не успевлет образоваться.

Пое((с длительного сп K;(HIIH в тс.ч с. н и с > 1 0 ч о б! «з з,< (T c H с н е p x I I p o B 0 дящий твсрдый раствоо с узким II(.— реходом в сверхпроводящее состoH 1н(с (фиг. 4, кривая 3}. Диэлектрические прослойки и джозефсоновские свойства при этом ужс практически отсут— ствуют.

При той же тем((с»ра гурс спекл((ия

1000 К и времени е(1(ка ншя, лежащем в интервале О, 5 4 (10 ч, получаются оптимальные образцы с размытыми кривыми перехода, проявляннцие джозсфсоновские свойства.

Если проводить изготовление устройства при температуре 900 К, то необходимая для проявления джозефсоновских свойств струкрура Ie образуется не только за время спекания, лежащее в интервале 0 5-10 ч, I(o и

>) lO ч в результате плохого спекания керамики (фиг. 5, кривая 1).

С другой стороны, если температура спекания превысит 1100 К, то даже при 1 0,5 ч получается сверхпроводящая структура с отсутствием джозефсоновских свойств и резким переходом в сверхпроводящее состояние (фиг. 5, кривая 2) за счет исчезновения диэлектрических прослоек.

1034-548

hcnpsxe

Такие изменения .необратимы и при всех временах >i0,5 ч кривая 2 на фиг. 5 сохраняет свой вид.

Использование предлагаемого изобретения позволит упростить изготовление устройств со многими джозефсоновскими переходами и одновременно повысить надежность и стабильность устройства за счет использования ксрамическо;..технологии, более простой и нале,кной Но сравнению с вакуумной тонкопленочной технологией.

Процессы старения и необратимые изменения при термоциклировании в процессе эксплуатации, свойственные прототипу, устраняются окисным характером керамики, синтезир> емой на воздухе, и высокими температурами образования твердого раствора.

3034548

7сж тротуар

Ъ л рол уро

Ри.

ЗНИИПИ Заказ б980! 1 Таам 683 Приписнике

Филиал ППП "Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4