Детектирование и спектроскопия электромагнитного излучения джозефсоновскими переходами из высокотемпературных сверхпроводников

Дивин, Юрий Яковлевич

Детектирование и спектроскопия электромагнитного излучения джозефсоновскими переходами из высокотемпературных сверхпроводников тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Дивин, Юрий Яковлевич АВТОР

доктора физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.01 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Детектирование и спектроскопия электромагнитного излучения джозефсоновскими переходами из высокотемпературных сверхпроводников»

Автореферат диссертации на тему "Детектирование и спектроскопия электромагнитного излучения джозефсоновскими переходами из высокотемпературных сверхпроводников"

На правах рукописи

Дивин Юрий Яковлевич

ДЕТЕКТИРОВАНИЕ И СПЕКТРОСКОПИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЖОЗЕФСОНОВСКИМИ ПЕРЕХОДАМИ ИЗ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ

01.04.01 Приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва - 2010

О 3 ОЕЗ 2011

4853771

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, а также Исследовательском центре г. Юлиха (ФРГ) в рамках соглашения о научно сотрудничестве.

Официальные оппоненты:

Защита состоится 18 февраля 2011г., в 10-00, на заседании диссертационно совета Д 002.231.03 при Учреждении Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН по адресу:125009, Москв ул. Моховая 11, корп.7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российско академии наук Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН.

Автореферат разослан 12 января 2011 г.

доктор физико-математических наук, профессор Кошелец Валерий Павлович

доктор физико-математических наук, профессор Куприянов Михаил Юрьевич

доктор физико-математических наук Лукичев Владимир Федорович

Ведущая организация: Московский государственный университет им.

М.В. Ломоносова (Физический факультет).

Ученый секретарь диссертационного сов кандидат физико-математических

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Сверхпроводниковая электроника начала бурно развиваться после открытия в начале 60-х годов прошлого века эффектов квазичастичного и джозефсоновского туннелирования в переходах сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС) [1], [2]. Процессы туннелирования в СИС переходах характеризуются малыми шумами, низким уровнем диссипации, высоким уровнем нелинейности статических и динамических характеристик, малой инерционностью и высокой чувствительностью к внешним электромагнитным полям. Такой набор характеристик оказывается весьма привлекательным для создания новых перспективных электронных устройств. Туннелирование квазичастиц в СИС переходах из низкотемпературных сверхпроводников (КЬ, КЬЫ) уже успешно используется в высокочувствительных супергетеродинных приемниках электромагнитного излучения, разрабатываемых для радиоастрономии [3].

Особый интерес вызывают применения джозефсоновского туннелирования. Например, стационарный эффект Джозефсона используется в высокочувствительных сверхпроводящих квантовых интерференционных датчиках (СКВИД) постоянных магнитных полей [4]. А нестационарный эффект Джозефсона применятся в метрологии для обеспечения квантового стандарта постоянного электрического напряжения, в цифровой электронике при разработке сверхбыстродействующих элементов логики, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, а также при исследованиях возможности создания генераторов, детекторов и спектрометров электромагнитного излучения [5]-[9].

Применения нестационарного эффекта Джозефсона для генерации, обнаружения и анализа электромагнитного излучения были предложены буквально сразу после открытия этого эффекта [10]. Однако, интенсивности джозефсоновской генерации у одиночных джозефсоновских переходов оказались весьма низки и поэтому генераторы электромагнитного излучения на одиночном джозефсоновской переходе используются в лишь в специальных случаях, а именно, в качестве опорных генераторов в супергетеродинных приемниках, работающих на сильной квазичастичной нелинейности в СИС переходах [11], и в спектроскопических экспериментах совместно с высокочувствительным низкотемпературным болометром [12].

Джозефсоновские переходы оказались весьма эффективными в качестве широкополосных детекторов электромагнитного излучения [13] и высокие, ограниченные тепловым фоном, значения предельной чувствительности К'ЕР до 1-Ю"14 Вт/Гц"2 были продемонстрированы на частоте 170 ГГц с использованием ниобиевых микроконтакгов при гелиевых температурах [14].

Весьма интересным представляется применение джозефсоновских переходов в качестве частотно-селективных детекторов и, соответственно, спектрометров для исследования электродинамического окружения переходов и внешнего излучения. В этих спектроскопических применениях используется модификация динамики джозефсоновских колебаний под воздействием внешней пассивной электродинамической системы или внешнего электромагнитного излучения, что регистрируется по изменению статических вольтамперных характеристик (ВАХ) перехода. В рамках простой резистивной модели [13] джозефсоновского перехода было теоретически показано, что изменения ВАХ пропорциональны действительной части адмитганса КеЩ} внешней системы как функции джозефсоновской частоты £ [15]. В случае же внешнего излучения со спектральным составом £(/) изменения ВАХ пропорциональны преобразованию Гильберта от спектра падающего излучения [16].

привлекает все большее внимание исследователей, специализирующихся в физике твердого тела, физике высоких энергий, телекомуникациях, биологии, медицине и проблемах безопасности [17]-[19]. Общепринятые методы детектирования и спектроскопии, разработанные для более низких частот, в микроволновом диапазоне, или для более высоких частот, в инфракрасном диапазоне, существенно ухудшают свои параметры при применении их в промежуточном терагерцовом диапазоне [10].

Основные достижения в сверхпроводниковой электронике до последнего времени были связаны с использованием туннельных переходов из низкотемпературных сверхпроводников, таких как К'Ь или К'ЬМ, с рабочими температурами, как правило, в области температур жидкого гелия. Ограничение сверху на частотный диапазон у туннельных переходов связано с наличием в спектре возбуждений сверхпроводника энергетической щели 2Д. Для 1МЬ и ЫЬЫ эти граничные частоты 2Д/И составляют около 700 ГГц и 1200 ГГц, соответственно. Данное обстоятельство не позволяет существенно продвинуться вглубь терагерцового диапазона, используя переходы из традиционных низкотемпературных сверхпроводников. Кроме того, для эффективной работы ряда детекторов и спектроскопических методов, основанных на нестационарном эффекте Джозефсона, необходимо, чтобы джозефсоновские переходы описывались в рамках идеальной резистивной модели [13]. Приближение к резистивной модели возможно в реальных переходах с малой электрической емкостью при напряжениях V и частотах / значительно ниже щелевых 2Д/е и 2Д/Л, соответственно. Это обстоятельство еще более ограничивает рабочие частоты таких устройств.

С открытием в 1986 году высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) [20], у которых щелевые частоты 2Д/Л могут достигать несколько десятков ТГц [21], появилась принципиальная возможность существенно расширить частотный диапазон сверхпроводящих приемных и спектроскопических устройств в область терагерцовых частот. Кроме того, их рабочие температуры могут быть повышены вплоть до температур 60-80 К, где возможно применение жидкого азота или компактных, эффективных и надежных криоохладителей замкнутого цикла, например, охладителей, работающих по циклу Стерлинга.

Джозефсоновские детектирование и спектроскопия как новые подходы с повышенными характеристиками и функциональными возможностями, представляются весьма перспективными для применения в широкой полосе частот, начиная от области сверхвысоких частот до малоисследованной терагерцовой области частот. Джозефсоновские детекторы и спектрометры, при реализации их потенциальных преимуществ в терагерцовой области частот, смогут составить конкуренцию методикам и устройствам, уже использующимся в этом диапазоне.

Целью диссертационной работы является реализация джозефсоновских методов детектирования и спектроскопии в широкой, вплоть до терагерцовой области частот электромагнитного излучения. Для достижения этой цели необходимо решение следующих задач:

1. Разработка джозефсоновских переходов с характерными джозефсоновскими частотами, достигающими терагерцового диапазона.

2. Изучение статических и динамических электрических характеристик таких переходов, а также степени их близости к таковым в резистивной модели.

3. Разработка лабораторных макетов детекторов и спектрометров на основе таких джозефсоновских переходов;

4. Установление спектральных, мощностных и скоростных ограничений джозефсоновских детекторов и спектрометров;

5. Получение опыта применения таких устройств.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

1. Обнаружено, что нечетно-симмметричные частотно-селективные детекторные отклики джозефсоновских переходов на узкополосное электромагнитное излучение, измеренные как функции напряжения или центральной частоты излучения, уширяются при увеличении спектральной ширины излучения, на основании условий обнаружения указанных зависимостей разработаны аналоговые части гильберт-спектрометров, подтверждена работоспособность метода гильберт-спектроскопии при использовании ВТСП джозефсоновских переходов.

2. Установлены условия приготовления и электрические параметры эпитаксиальных пленок УВагСизО?.* с наклонными, до 72°, осями с для применений в качестве базовых электродов в джозефсоновских переходов.

3. Разработаны методики приготовления и лазерного контроля джозефсоновских бикристаллических переходов из УВа2Сиз07.х с характерными напряжениями IcRn до 8 мВ и отличиями их ВАХ от ВАХ в резистивной модели, не превышающими 0,5% при температурах выше 50К, для применений в терагерцовых детекторах и спектрометрах.

4. Продемонстрированы применения адмиттансной джозефсоновской спектроскопии для исследования потерь в барьерах и электродах ВТСП переходов, а также в их окружении.

5. Разработаны макеты частотно-селективных детекторов на основе джозефсоновских бикристаллических УВа2Сиз07.х переходов, в т.ч. с охлаждением без использования криогенных жидкостей, и достигнуты следующие параметры, определяемые собственными флуктуациями в переходах и поглощением на оптических фононах в УВа2Сиз07.х: спектральный диапазон fs =5 GHz - 5 THz, относительное разрешение SJ/J до 10"3, мощность, эквивалентная шуму, NEP = (8+5)-10'15 W/Hz"2, динамический диапазон по мощности D = 105.

6. Разработаны макеты гильберт-спектрометров с использованием джозефсоновских детекторов из УВагСизО?.*, в т.ч. с охлаждением без использования криогенных жидкостей.

7. Продемонстированы применения гильберт-спектроскопии для быстрого анализа источников терагерцового излучения и идентификации жидкостей.

Достоверность полученных результатов подтверждена исследованиями на большом количестве УВагСизСЪ-х пленок и бикристаллических переходов, большим объемом измерений основных характеристик, использованием различных методов контроля параметров пленок и переходов, вариантами разработанных макетов, многократными демонстрациями практического использования. Значительная часть результатов, полученных впервые автором, согласуется также с результатами исследований, проведенными впоследствии другими научными группами.

Результаты проведенного цикла исследований представляют практическую ценность для разработки широкополосных высокочувствительных и малоинерционных приемных и спектроскопических устройств, работающих в частотном диапазоне до нескольких ТГц. Проведенный цикл экспериментальных работ позволил:

1. Разработать методики приготовления ВТСП джозефсоновских переходов и лазерного контроля их качества, что позволило создать ВТСП переходы с рекордно высокими, до 8 мВ, величинами характерных напряжений и достигнуть рекордных величин, до 5.2 ТГц, частот джозефсоновской генерации.

2. Проводить оптимизацию рабочих температур и характеристик ВТСП переходов для применений с заданными полосой входных частот, точностью измеряемых сигналов и скоростью измерений.

3. Создать ряд экспериментальных макетов детекторных и спектроскопических устройств, в том числе и при интеграции ВТСП переходов с криоохладителями Стерлинга.

4. Использовать разработанные макеты для ряда применений, в том числе для спектрального анализа источников электромагнитного излучения до частот 5 ТГц и для идентификации жидкостей по отраженному излучению в диапазоне 10-1000 ГГц.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Экспериментальная часть разработки метода гильберт-спектроскопии: обнаружение уширения джозефсоновского отклика внешним излучением, подтверждение работоспособности при использовании джозефсоновских переходов из высокотемпературных сверхпроводников и аналоговая часть спектрометров.

2. Условия приготовления и электрические параметры эпитаксиальных пленок YBa2Cu307.x с наклонными, до 72°, осями с для применений в качестве базовых электродов в джозефсоновских переходов.

3. Методики приготовления и лазерного контроля джозефсоновских бикристаллических переходов из УВа2Сиз07.х с характерными напряжениями ICR„ до 8 мВ и отличиями их ВАХ от ВАХ в резистивной модели, не превышающими 0,5% при температурах выше 50К, для применений в терагерцовых детекторах и спектрометрах.

4. Демонстрация применения адмиттансной джозефсоновской спектроскопии для исследования потерь в барьерах и электродах ВТСП переходов, а также в их окружении.

5. Разработка макетов частотно-селективных детекторов на основе джозефсоновских бикристаллических УВагСизО?.* переходов, в т.ч. с охлаждением без использования криогенных жидкостей, и достижение параметров, определяемых собственными флуктуациями в переходах и поглощением на оптических фононах в УВагСизО?.*, а именно: спектральный диапазон f¡ = 5 GHz - 5 THz, относительное разрешение Sf/J до 10"3, мощность, эквивалентная шуму, NEP = (8±5)10"15 W/Hz"2, динамический диапазон по мощности D = 105.

6. Разработка макетов гильберт-спектрометров с использованием джозефсоновских детекторов из УВагСизСЬ.» в т.ч. с охлаждением без использования криогенных жидкостей.

7. Демонстрация применений гильберт-спектроскопии для быстрого анализа источников терагерцового излучения и для идентификации жидкостей.

Разработанные методы приготовления и контроля качества ВТСП джозефсоновских переходов, проведенные экспериментальные исследования их основных свойств, реализация детекторных и спектроскопических применений, могут рассматриваться как решение крупной научной проблемы в сверхпроводниковой электронике - создание технологических и физических основ детекторов и спектрометров на основе ВТСП джозефсоновских переходов.

Диссертация выполнена в ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, а также в Исследовательском центре г. Юлиха (ФРГ) согласно соглашению о научном сотрудничестве между ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН и Исследовательским центром г. Юлиха. Ее основные результаты получены в ходе выполнения плановых научно-исследовательских работ, проводимых в ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, проектов Совета по ВТСП, государственных контрактов Министерства образования и науки РФ в рамках ФЦНТП, грантов РФФИ и МНТЦ, а также договоров о научном сотрудничестве, в которых автор диссертации был ответственным исполнителем или руководителем.

Апробация работы

Материалы, вошедшие в диссертационную работу, докладывались на научных семинарах и Ученых Советах в ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (2010, Москва,) и Институте физики твердого тела Исследовательского центра г. Юлиха (1999, Юлих, ФРГ), заседаниях Германского физического общества (2000, 2001 (приглашенный), ФРГ), международных научных семинарах по криоэлектронным устройствам (2001, 2004, 2007, ФРГ), терагерцовым технологиям (2005 (приглашенный), Osaka, Япония), по европейской сети ускорителей электронов (2004, Frascati, Италия), детектированию жидких взрывчатых веществ (2007 (приглашенный), С.Петербург, Россия), наноструктурированным сверхпроводникам (2008

(приглашенный), Freudenstadt-Lauterbad, ФРГ), на приглашенных семинарах в фирме Conductus Inc. (1998, Sunnyvale, США), Международном центре сверхпроводниковой технологии (2005, International Superconductivity Technology Center, Tokyo, Япония), Католическом Университете г. Левена (2008, Lueven, Бельгия). Результаты работы докладывались на международных конференциях по прикладной сверхпроводимости (Applied Superconductivity Conference, ASC) 1982, 1988,1990, 1992, 1996, 1998, 2000, 2002, 2006,2010; по сверхпроводниковой электронике (International Superconductive Electronics Conference, 1SEC) 1989, 1997, 2009 (приглашенный); по инфракрасным и миллиметровым волнам (International Conference on Infrared and Millimeter Waves, IRMMW) 1984, 1989, 2001, 2004 (приглашенный), 2006, 2009, 2010; no исследованиям в области безопасности (Future Security Research Conference) 2007, 2008, 2010; по материалам и механизмам сверхпроводимости и высокотемпературным сверхпроводникам (International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductors, M2S-HTSC) 1994, 2006; по прикладному электромагнетизму и коммуникациям (International Conference on Applied Electromagnetics and Communications, Dubrovnik, Хорватия) 2005 (приглашенный); по наноэлектронным устройствам для обороны и безопасности (Nanoelectronic Devices for Defense & Security Conference, Crystal City, США)2007 (приглашенный); no фундаментальным проблемам высокотемпературной сверхпроводимости (2006, Звенигород, Россия); по ускорителям частиц 1999 IEEE Particle Accelerator Conference (1999, New York, США); на европейских конференциях по прикладной сверхпроводимости (European Conference on Applied Superconductivity, EUCAS) 1993, 1995, 1997, 1999, 2001, 2003, 2005, 2007, 2009. 5 докладов в научных организациях и фирмах, а также 9 докладов на международных конференциях, семинарах и школах являются приглашенными.

Личный вклад автора

Представленная диссертация является циклом экспериментальных работ. В работах [А1]-[А5] диссертанту принадлежат следующие результаты: обнаружение уширения джозефсоновского отклика внешним излучением и разработка аналоговой части спектрометров. Все приведенные в диссертации экспериментальные результаты в работах [А6]-[А84] получены либо лично соискателем, либо при его непосредственном участии, где соискателю принадлежит основная роль в постановке задачи и в разработке экспериментальных методик, а также интерпретации результатов и написании работ. Основная часть образцов сверхпроводящих пленок и джозефсоновских переходов (в работах [А1]-[А6], [А30]-[А36], [А38]-[А84]) изготовлена лично соискателем. Пленки и джозефсоновские переходы, использовавшиеся соискателем на начальном этапе данного цикла работ до 1994 г., изготавливались И.М. Котелянским, С.Г. Зыбцевым, Р.Н. Шефталем (ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН), в группе P. Chaudhari (IBM), в группе A. Braginski (Forschungszentrum Jülich), в группе Т. Freltoft (NKT). Подложки из NdGaCh изготавливались И.М. Котелянским (ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН). Исследования наноструктуры УВагСщСЬ-х пленок и переходов, приготовленных соискателем, с помощью просвечивающей электронной микроскопии проводились сотрудниками J.-W. Seo и C.-L. Jia из Института микроструктурных исследований под руководством профессора К. Urban (Исследовательский центр г. Юлиха, ФРГ). Вклад в разработку авторских свидетельств и патентов считается равным.

Публикации

Основные результаты диссертации отражены в 84 печатных работах, в том числе 78 статьях и 6 авторских свидетельствах и патентах. Все эти печатные работы опубликованы в изданиях, включенных в перечень Высшей аттестационной комиссией (ВАК). Список основных публикаций соискателя в изданиях, включенных в перечень ВАК (в том числе, входящих в системы цитирования Web of Science, Scopus, Web of Knowledge), приведен в

конце диссертации. Общий объем работ, опубликованных по теме диссертации, составляет, приблизительно, 440 страниц.

Представленный цикл работ не включает материалы, вошедшие в кандидатскую диссертацию автора, которая была защищена в ИРЭ в 1979 году [14]. Однако, первое экспериментальное подтверждение работы гильберт-спектроскопии было получено с помощью ниобиевых микроконтактов, разработанных во время работы автора над кандидатской диссертацией, и из экспериментов, проведенных во время работы автора над кандидатской диссертацией.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка опубликованных печатных работ из 84 наименований и списка цитированной литературы из 68 наименований. Она содержит 164 страниц текста, включая 41 рисунок и 2 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, отмечается новизна и практическая ценность работы, описывается структура и содержание диссертации.

Глава 1 посвящена обзору джозефсоновских методов детектирования и спектроскопии, непосредственно относящих к теме данной работы. В разделе 1.1 приведены основные уравнения, описывающие нестационарный эффект Джозефсона, статические и динамические свойства джозефсоновского перехода в резистивной модели.

Раздел 1.2 содержит основные положения джозефсоновской адмитгансной спектроскопии [15]. При подключении внешней электродинамической системы с комплексным частотно-зависимым адмитгансом У„(/) к автономному джозефсоновскому переходу происходят изменения ¿¡(V) вольтамперной характеристики, которые пропорциональны действительной части внешнего адмиттанса КеУе{2сУЛ\). Таким образом, адмитгансная джозефсоновская спектроскопия может дать информацию о спектральном распределении потерь в окружении перехода.

В разделе 1.3 в рамках резистивной модели приведены основные уравнения для квадратичного отклика А1(У) джозефсоновского перехода на внешнее монохроматическое электромагнитное излучение [13] и электромагнитное излучение с произвольным спектром [16], а также основные уравнения гильберт-спектроскопии [16]. Отклик V) на воздействие слабого монохроматического излучения с частотой / содержит единственный нечетно-симметричный резонанс вблизи напряжения У=ЫПъ и пропорционален квадрату амплитуды внешнего сигнала 1а. А отклик А1(10 джозефсоновского перехода на воздействие сигнала с произвольным спектром пропорционален гильберт-преобразованию этого спектра [16]. Применение обратного гильберт-преобразования к экспериментально измеряемой функции Н(У), состоящей из произведения отклика ¿¡(V), напряжения V и вольтамперной характеристики /(V), позволяет восстановить спектр £(/) внешнего сигнала [16].

Раздел 1.4 посвящен перспективным применениям джозефсоновских методов детектирования и спектроскопии, особенно их реализации в терагерцовом диапазоне частот от 0.1 ТГц до 10 ТГц. Указывается, что в гильберт-спектроскопии трансформация спектра в электрический сигнал производиться только «наноразмерным», высокоскоростным электронным элементом, джозефсоновским переходом, с электронным сканированием спектра, тогда как в фурье-спектроскопии и спектроскопии временного разрешения эта процедура требует медленных оптико-механических устройств, таких как двухлучевой интерферометр или линия оптической задержки, и широкополосного детектора. Потенциально высокие параметры джозефсоновских переходов, такие как быстродействие, широкополосность и чувствительность к электромагнитному излучению, а также простота сканирования спектра путем изменения напряжения на переходе, могут обеспечить

преимущества джозефсоновской технологии при реализации быстродействующих частотно-селективных детекторных и спектроскопических устройств в терагерцовом диапазоне частот.

В разделе 1.5 приведена цель диссертационной работы и сформулированы основные задачи исследования. Целью диссертационной работы является реализация джозефсоновских методов детектирования и спектроскопии в широкой, вплоть до терагерцовой области частот электромагнитного излучения. Для достижения этой цели необходимо проведение цикла экспериментальных исследований, включающих разработку джозефсоновских переходов с характерными джозефсоновскими частотами, достигающими терагерцового диапазона; изучение статических и динамических электрических характеристик таких переходов, а также степени их близости к таковым в резистивной модели; разработку лабораторных макетов детекторов и спектрометров на основе таких джозефсоновских переходов; изучение спектральных, мощностных и скоростных ограничений таких устройств; получение опыта их применения.

В главе 2 представлены результаты экспериментальных работ по реализаций джозефсоновских детекторов и гильберт-спектрометров на основе низкотемпературных сверхпроводников [А1] -[А8], [А16], [А17], [А19], [А23]. К моменту начала работы соискателя над диссертацией, не существовало джозефсоновских переходов, которые описывались бы резистивной моделью и, в то же время, могли бы иметь джозефсоновские частоты в терагерцовом диапазоне. Ниобиевые микроконтакты, ранее использовавшиеся в экспериментах по широкополосному и частотно-селективному детектированию [14], имели высокие значения характерных напряжений 1СН„ около 2 мВ при гелиевых температурах и высокую чувствительность к субтерагерцовому излучению. Однако даже их статические вольтамперные характеристики существенно отличались от таковых из резистивной модели, в частности, из-за наличия избыточного тока и субгармонических щелевых особенностей [14], [22].

Тем не менее, именно у таких переходов соискателю удалось экспериментально обнаружить интересный эффект: уширение резонансных зависимостей детекторного отклика на узкополосное электромагнитное излучение при увеличении спектральной ширины излучения. Узкополосное излучение со спектральной шириной А/ (&/// « 1) реализовывалось в выходном излучении монохромагора дальнего инфракрасного диапазона и его ширина А/ могла изменяться при изменении геометрической ширины (1 щелей монохромагора. Использование ниобиевых микроконтактов, сильно отличающихся от резистивной модели, оказалось возможным для спектроскопии в специальном случае узкополосных (&/// « 1) спектров и при частотах / = 600 ГГц, при которых нечетно-резонансные отклики перехода попадали в область напряжений около минимума дифференциального сопротивления ВЛУ) при 1,25 мВ, обусловленного субгармонической щелевой особенностью [А1]-[А5].

Измеренные нечетно-симметричные зависимости детекторных откликов ниобиевых контактов от напряжения V (рис. 1а) и центральной частоты /0 узкополосного излучения (рис.1б) при увеличении щелей монохромагора от 10 мм до 20 мм оказались в два раза шире [АЗ] - [А5]. Соискателем было предложено использовать такую связь между шириной детекторного отклика и спектральной шириной излучения для определения спектральной ширины излучения из монохроматора. После того, как А.Я. Шульман предложил применить к измеренному отклику преобразование Гильберта и вывел основные уравнения гильберт-спектроскопии, измеренные соискателем зависимости отклика (рис. 1а и рис. 16) были использованы для первого подтверждения работоспособности гильберт-спектроскопии при частотах около 20 см"' (600 ГГц) [А1]-[А5]. Условия проведения этих экспериментов по уширению нечетно-резонансных откликов внешним излучением, такие как соотношение между шириной линии генерации в переходе и заданным разрешением /у (8/ < /;), а также

выбор сканируемых параметров в виде напряжения (рис. 1а) и центральной частоты узкополосного излучения (рис.1б), были введены в формулы патентов [A3], [A4].

Аппаратные функции

решеточного монохроматора при различной ширине выходных щелей, как полученные по формулам гильберт-спектроскопии из

экспериментальных данных (рис.1а) и (рис. 16) (сплошные линии) [А2]-[А5], так и расчетные из теории аппаратной функции (кружки) [AI], представлены на рис. 1в.

Соискателем были предложены устройства аналоговой части вариантов гильберт-спектрометров [A3], [A4]. Гильберт-спектрометр состоит из аналоговой части и гильберт-преобразователя. В простейшем варианте аналоговая часть спектрометра представляет собой частотно-селективный детектор,

Рис. 1. Измеренные отклики микроконтакта Nb- состоящий из модулятора излучения, Nb на узкополосное излучение из решеточного джозефсоновского детектора, с монохроматора с выходными щелями d = 20 мм шириной линии джозефсоновской (а) и d = 10 мм (б) [А3]-[А5]; (в): спектры S(f) генерации Sf, меньше требуемого выходного излучения решеточного разрешения /,, синхронного детектора

монохроматора (сплошные линий) при двух и блока управления, задающего и величинах щелей: 1- 20 мм, 2 - 10 мм, сканирующего напряжение на полученные из (а) и (6) [А2]-[А5], в сравнении с джозефсоновской переходе, а также расчетными данными (кружки) [А1]. выдающего сигналы,

пропорциональные току / через переход и напряжению V на переходе [A3], [A4]. Отклик AI с выхода синхронного детектора, который также является и выходом аналогового частотно-селективного детектора, подается на преобразователь Гильберта, куда также подаются сигналы, пропорциональные току и напряжению на переходе.

Далее приводятся результаты оценки потенциала ниобиевых микроконтактов с высокими значениями ICR„ для спектроскопии в более широкой полосе частот, чем было реализовано в экспериментах на решеточном монохроматоре, вплоть до терагерцового диапазона [А6], [А7]. Хотя ширины df линий джозефсоновской генерации при 762 ГГц были в несколько раз выше расчетных из уравнения (6) из-за неравновесного характера флуктуаций при е!7 > к Г, удалось реализовать величины Sf до 1 ГГц (0,03 см"1) [А6], [А7]. Последнее значение сравнимо со спектральным разрешением лучших фурье-спектрометров дальнего инфракрасного диапазона. Однако, такие переходы при температуре 4,2 К показали значительные отклонения от резистивной модели как в ВАХ, так и в отклике, а также сильное ослабление частотно-селективного детекторного отклика при продвижении в терагерцовый диапазон.

Из других попыток выяснить применимость для детектирования, визуализации и спектроскопии как переходов с малой емкостью на основе ниобиевых монокристаллов и пленок, так и туннельных переходов на основе эпитаксиальных пленок нитрида ниобия [А8],

Отклик Отклик

(отн.ед.) (отн.ед.)

/ [см"']

[А16], [А17], [А19], [А23], наиболее успешной оказалось использование тонкопленочных ниобиевых переходов с барьером из аморфного кремния, изготовленных в группе В. Махова. Была продемонстрирована работа гильберт-спектроанализатора в диапазоне частот до 140 ГГц с разрешением около 2 ГГц и быстродействием до десятков миллисекунд [А23]. Однако использовавшиеся переходы обладали низкими характерными напряжениями и отличались от переходов, описываемых резистивной моделью, что сказывалось на точности восстанавливаемых спектров. Попытки продемонстрировать работу гильберт-спектроскопии другими группами, используя низкотемпературные переходы, например, на основе шунтированных тонкопленочных ниобиевых туннельных переходов, ограничились лишь частотами до 100 ГГц [23].

С открытием высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) в 1986 году, одновременно с выяснением возможностей переходов из низкотемпературных сверхпроводников для терагерцового детектирования и спектроскопии, соискателем были начаты работы по изучению ВТСП для подобных применений. В конце главы приведены выводы.

В главе 3 приводятся обоснования использования ВТСП джозефсоновских переходов для детекторов и спектрометров.

Раздел 3.1 содержит обсуждение соотношения ток-фаза в джозефсоновском токе для различных типов переходов [25] и приводится описание свойств ВТСП, которые существенны для приготовления джозефсоновских переходов, описывающихся резистивной моделью и обладающих высокими характерными напряжениями /с/?„. Из-за более высоких значений энергетических щелей высокотемпературных сверхпроводников джозефсоновские переходы из этих материалов с величиной /с/?„ порядка 1 мВ могут гораздо лучше соответствовать резистивной модели по сравнению с переходами из низкотемпературных сверхпроводников с близкими величинами 1СЯ„. По этой же причине предположено, что спектральная область высокой чувствительности к воздействию внешнего электромагнитного излучения, сама чувствительность и область рабочих температур джозефсоновского детектирования и спектроскопии могут быть значительно расширены и улучшены при использовании ВТСП джозефсоновских переходов. Обосновывается выбор УВагСиз07.х для базовых электродов переходов как наиболее исследованного и технологичного ВТСП материала. Среди основных препятствий в разработке высококачественных джозефсоновских переходов из ВТСП указано на весьма малые величины длин когерентности у ВТСП. Малые величины длины когерентности в ВТСП приводят к быстрому подавлению волновой функции сверхпроводящего конденсата вблизи атомных дефектов любого рода, присутствующих в этих материалах, таких как двойники, дислокации, границы зерен и т.п. Оказалось, что такие естественные барьеры, как границы ВТСП зерен, ведут себя как джозефсоновские переходы при больших углах взаимных разориентировок [24]. Различные типы ВТСП переходов, использующие границы зерен, различаются по виду контролируемого приготовления этих границ с заданными разориентациями. Наиболее перспективными для электроники являются тонкопленочные варианты переходов, поэтому основное внимание уделено именно этим реализациям.

В разделе 3.2 описываются виды тонкопленочных ВТСП переходов на границах зерен, приготовленных различными исследовательскими группами, и приводятся результаты исследований их свойств с целью выяснения их потенциала для детекторных применений. Были изучены поликристаллические УВа2Сиз07.х пленки, зерна которых имели преимущественно с-ориентацию со случайной разориентировкой в плоскости а-Ь. Было показано, что электрические свойства и джозефсоновское поведение тонких поликристаллических пленок высокотемпературных сверхпроводников описываются в рамках модели двумерной решетки, состоящей из межзеренных джозефсоновских переходов с экспоненциально широким разбросом параметров (рис.2а). В соответствии с этой моделью электрический ток протекает через критическую подсетку с характерной перколяционной длиной Ь, значительно превышающей размер зерна с!. Вследствие этого

Рис. 2. Перколяция и эффект Джозефсона в поликристаллических ВТСП пленках: (а) Схематическое представление протекания тока в двумерной решетке из межзеренных джозефсоновских переходов, где L - характерный перколяционный размер, (б) Вольт-амперная характеристика поликристаллическогоУВагСизСЬ.х мостика с размерами wxl =12x9 мкм2 < L2 = 15x15 мкм2 и его отклик АV(V) на излучение с частотой/= 78 ГГц. Т = 24КГА181.

обстоятельства, удельные электрические характеристики поликристаллических мостиков зависят от размеров w, /этих мостиков. Показано, что мостики с размерами £«d«w,l< L ведут себя подобно единичному переходу Джозефсона (рис. 26) несмотря на то, что в мостике находится много межзеренных переходов [А11]-[А15], [А18]. Однако, из-за наличия поликристаллической пленки и большого количества межзеренных переходов в берегах устройства, низкочастотный шум всего устройства, включающего и мостик малых размеров и более широкие берега, может оказаться значительным. На основании этих исследований был предложен новый тип джозефсоновского перехода, у которого берега изготовлены из монокристаллической пленки, а мостик - из пленки, у которой перколяционный размер больше геометрических размеров мостика [А20].

Методом, предложенным и использованным автором ранее при изучении ниобиевых микроконтактов [А6], были изучена джозефсоновская генерация в УВа^СизО?.* переходах на искусственно созданных границах зерен, а именно, в бикристаллических переходах и переходах на ступеньке на подложке. На рис. За представлены результаты измерений электрических и сигнальных характеристик одного из бикристаллических переходов, приготовленных на подложке из SrT¡03 методом лазерного распыления, при температуре 78 К. Сигнальная характеристика, т.е. зависимость отклика на монохроматическое излучение с частотой 72 ГГц от напряжения V имеет единственный нечетно-симметричный резонанс при напряжениях около 150 мкВ. Вычисленная из экспериментальных данных функция отклика H(V) ~ AV(V)- I(V) VIR¿{V) хорошо согласуется с расчетной, полученной для резистивной модели с тепловыми шумами [А21]. Ширина динии генерации, определенная из подобных измерений для низкоомных переходов достигала 380 МГц при температуре 78 К. На рис. 36 представлены величины шумовых температур Тн, вычисленных из ширин джозефсоновской генерации для физических температур Г перехода в диапазоне от 4,5 до 90 К, откуда следует, что для исследовавшихся бикристаллических переходов шумовые температуры близки к температурам Т переходов и понижаются пропорционально ее понижению. Согласие сигнальных характеристик с расчетными из резистивной модели и фундаментальные тепловые ограничения на шумовую температуру делают бикристаллические переходы весьма привлекательными для детекторных применений [А21], [А24], [А28].

Аналогичные измерения, проведенные для переходов на ступеньке подложки показали, что ВАХ и сигнальные характеристики лишь весьма приближенно описываются аналогичными зависимостями из резистивной модели [А22], [А25]. При понижении температуры от азотных до гелиевых в этих переходах существенно возрастают низкочастотные флуктуации, ширины линий джозефсоновсой генерации возрастают

Рис. 3. (а): ВАХ (1), RJ.V) (2) и отклик &У(У) (3) бикристаллического YBa2Cu307.x перехода на излучение с частотой 72 ГГц при Г = 78 К, на вставке - схема бикристаллического перехода из с-ориентированных пленок, (б): Шумовые температуры 7д{7) бикристаллических УВагСизСЬ.х переходов [А21].

пропорционально критическому току и, соответственно, шумовые температуры растут. Трехмерный характер образования слабых связей и наличие двух последовательных границ у таких переходов может приводить к более неоднородной структуре, которую в работе предложено описывать многоконтактным многоконтурным интерферерометром. А изменения магнитного состояния такого интерферометра может приводить к скачкам в критическом токе перехода и избыточным низкочастотным шумам.

Описанные выше предварительные исследования различных видов переходов позволили выбрать бикристаллические тонкопленочные YBa2Cu3O7.it переходы как основной тип переходов для детектирования и спектроскопии. Как следует из рис.Зб, бикристаллические переходы на начальном этапе их разработки не были свободны от избыточных флуктуаций. Поэтому для создания высококачественного перехода для детектирования и спектроскопии необходимо было оптимизировать все этапы приготовления переходов, что потребовало создания специальных экспериментальных методик и установок.

В завершающем разделе 33 сформулированы краткие выводы по главе 3.

В главе 4 описываются экспериментальные методики и установки, разработанные и использованные для приготовления и исследования УВагСиз07-х бикристаллических переходов. Раздел 4.1 посвящен особенностям приготовления бикристаллических УВагСизОу-* переходов для детектирования и спектроскопии. Отмечаются преимущества приготовления ВТСП пленок с помощью метода, предложенного д-ром У. Поппе из Исследовательского центра г. Юлиха (ФРГ). В методе используется катодное распыление в кислороде высокого давления, что обеспечивало малые энергии атомов, приходящих из мишени на подложку, требовало более высоких (из-за диаграммы состояний ВТСП) температур подложек и, соответственно, более высокое качество эпитаксиальных пленок ВТСП [28].

По мере развития методов приготовления ВТСП пленок с одной стороны и формирования требований к тонкопленочным структурам со стороны джозефсоновского детектирования и спектроскопии, соискателем были выбран тип подложки для ВТСП пленок, методы приготовления тонких пленок и структур на их основе, а также на основе такого выбора самостоятельно проведен поиск оптимальных режимов приготовления джозефсоновских переходов для указанных применений. Вместо обычно используемых подложек из ЭгТЮз для приготовления качественных эпитаксиальных YBa2Cuз07-x пленок были выбраны подложки из Ы<ЮаОз, поскольку этот материал и УВагСизО?-* имеют

наилучшее соответствие параметров кристаллических решеток. Как и YBa2Cu307-» NdGaOj имеет оргоромбическую кристаллическую структуру, обладает хорошей механической и термической прочностью, а также химически инертен в условиях осаждения гетероэпитаксиальной YBa2Cu307-x пленки [А26], [А29], [А60]. Кроме того, подложки из NdGa03 имеют более чем на порядок меньшую статическую диэлектрическую проницаемость, чем подложки из SrTiCh. Бикристаллические подложки из (110) NdGa03, начиная с 1994 года, приготавливались в ИРЭ РАН в лаборатории профессора И.М, Котелянского и использовались автором данной работы для приготовления УВагСизСЬ.ч переходов [А60].

Непосредственная технологическая работа по получению УВагСизО?-* тонких пленок на подложках из NdGa03 с использованием установки катодного распыления в кислороде высокого давления проводилась, начиная с 1992 года в рамках соглашения о научном сотрудничестве между ИРЭ РАН и Исследовательским центром г. Юлиха. Нанесение УВагСизСЪ.х тонких пленок осуществлялось методом катодного распыления стехиометрической мишени диаметром 35 мм в атмосфере чистого кислорода при постоянных напряжениях 200-230 В и при довольно высоких давлениях 2.5-4 мбар. Для предварительной оптимизации качества пленок сначала использовались данные, приведенные в работе [26], более точные параметры нанесения пленок определялись по результатам электрических измерений в диапазоне температур 80 - 300К. Получение оптимальных ^-ориентированных УВагСизО?^ пленок на подложках из NdGaC>3 потребовали коррекций параметров распыления в сторону больших температур подложек по сравнению с данными в работе [26]. Так, например, низкоомные YBa2Cu307_x пленок на подложках из NdGaCh с высокими, до 92 К, значениями критической температуры получались при температурах нагревателя до 930-950°С, а расстояния подложка-мишень и давление кислорода выбирались так, чтобы светящаяся область разряда в кислороде была близка, но не касалась, к подложке. Скорости напыления были в диапазоне 40-70 нм/час. После распыления подложки с пленкой охлаждались до температуры нагревателя в 550°С, напускался кислород при атмосферном давлении и после выдержки около получаса подложки охлаждались до комнатной температуры. Такая загрузка кислородом позволяла получать УВагСизСЬ-х пленки с максимальной критической температурой.

Получение необходимых конфигураций тонких пленок производилось методами ультрафиолетовой фотолитографии с использованием резиста РММА и жидкостного травления в 0.1% растворе брома в этаноле. После распыления УВа2Сиз07_х тонких пленок на подложки образцы подвергались ряду технологических операций общим числом около 40, в которых могли чередоваться нагрев, использование различных химикатов, помещение в вакуум, нанесение металлизации, хранение при комнатной температуре в течение длительного времени. Было обнаружено, что YBa2Cu307_x бикристаллические переходы могут несколько увеличивать величины сопротивлений, что может быть связано с потерей кислорода в бикристаллическом шве. Для контролируемого увеличения содержания кислорода в YBa2Cu307_x переходах была разработана установка низкотемпературного отжига образцов в атмосфере озона [А71]. С помощью такого отжига можно было существенно понизить сопротивление переходов и приблизить их ВАХ к резистивной модели.

В разделе 4.2 описываются использовавшиеся методы локального контроля качества приготавливаемых YBa2Cu307.x пленок и переходах. Детальные исследования наноструктуры изготовленных соискателем YBa2Cu307.x пленок и переходов проводилось с помощью просвечивающей электронной микроскопа JEOL 4000 ЕХ сотрудниками Института микроструктурных исследований J.-W. Seo и C.-L. Jia под руководством профессора К. Urban (Исследовательский центр г. Юлиха, ФРГ). Морфология поверхности NdGa03 подложек, YBa2Cu307-s пленок и переходов изучалась соискателем с помощью микроскопа атомных сил.

Раздел 4.3 посвящен разработке метода лазерного зондирования пространственной электрической неоднородности УВагСщСЬ-* пленок и переходов. Первые исследования электрической неоднородности ВТСП пленок и переходов проводилось ранее в Университете г. Тюбингена с помощью локального нагрева ВТСП образца сканируемым электронным лучом и регистрации электрических сигналов, возникающих на ВТСП образце под действием электронного луча [27]. Однако, при такой методике возможно наведение электростатических зарядов на поверхности таких хорошо изолирующих подложек, как NdGa03, что может приводить к искажением измеряемых распределений электрических характеристик ВТСП пленок, а при разряде этих участков могло приводить к изменению характеристик переходов, вплоть до их разрушения [А43].

Была предложена и реализована установка лазерного зондирования электрических неоднородностей ВТСП пленок и переходов на основе лазерного сканирующего микроскопа, где излучение от аргонового лазера с длиной волны 48В нм и мощностью порядка 10 мВт через систему гальванометрических зеркал, фильтров и объективов фокусировалось на образец [А27], [АЗЗ], [А34], [А40]. Обнаружено, что для локального электрического зондирования ВТСП пленок и переходов кроме болометрического отклика при низких температурах можно использовать и термоэлектрический отклик при комнатной температуре.

В прямых экспериментах проведено сравнение основных характеристик методик электронного и лазерного зондирования на одинаковых, приготовленных соискателем УВа2Си307.х бикристаллического перехода с взаимнонаклоненными осями с [А43]. Показано, что к преимуществам лазерного зондирования относятся: достижение субмикронного пространственного разрешения при исследовании пространственной неоднородности УВа2Сиз07.х переходов при комнатной температуре, более низкая энергия облучения, не приводящая к повреждениям образца, большая концентрация энергии луча на самой ВТСП пленке, электрическая нейтральность луча, что означает отсутствие проблем с со сбором заряда и случайными разрядами, возможность поляризационных измерений, связанных с анизотропией ВТСП и подложек, а также, вследствие относительно низкого уровня наводок, возможность повышения чувствительности и скорости измерений.

В разделе 4.4 обсуждается интеграция переходов в криостагы и криоохладители. Начиная с 1999 года, были разработаны ряд макетов джозефсоновских детекторов и спектрометров, интегрированных в криоохладители, работающие по циклу Стерлинга [А45], [А46], [А82], [А84]. Успешная работа джозефсоновских переходов в качестве детекторов и спектрометров при интеграции с такими криоохладителями была продемонстрирована в диапазоне температур от 32 К до 90 К. Ключевыми моментами для обеспечения работы джозефсоновских переходов в криоохладителях являлись эффективное экранирование переменных магнитных полей компрессоров и стабилизация температуры с помощью внешних термоконтроллеров.

При измерениях электрических и сигнальных характеристик использовались системы задания как тока через переход, так и напряжения на переходе. Для измерения напряжения в широком диапазоне входных напряжений от долей нановольт до 20 мВ использовались усилители, состоявшие из малошумящего криогенного предусилителя с величиной входных шумов до 1,7 Ю"10 В/Гц"2 и основного усилителя при комнатной температуре, с полосой частот от 0 до 10 МГц. Использовавшиеся криогенные предусилители были подобны разработанным ранее для сверхпроводящих квантовых интерференционных датчиков [28]. Предусилители располагались либо на азотных экранах оптических криостатов [А53], либо на том же держателе, что и переходы, в криоохладителях [А82], [А84].

В разделе 4.5 приведены краткие выводы по главе 4.

Глава 5 содержит результаты исследований электрических и структурных характеристик УВагСизОу.х пленок и бикристаллических переходов. В разделе 5.1 представлены данные для эпитаксиальных УВагСизО?.* пленок. Определены условия

О 50 100 150 200 250 300 Температура(К)

: (б)

Г* (001) "«.

Г-(105) т " ,

:т (юз) ** „

Г" (305) " =(101).

Т~| ]

♦

.* 1

я •

* 1

' 1

ч :

60 70 80 90 Температура(К)

Рис. 4. Температурные зависимости удельного сопротивления Д7) (а) и критической плотности тока ¿(Т) (б) для УВазСизО?^ пленок, напыленных на подложки из ИсЮаОз с указанными ориентациями. [АЗО], [А44], [А47].

приготовления эпитаксиальных УВа2Сиз07.у пленок, с различными ориентациями оси с, а также анизотропия основных электрических параметров в диапазоне температур от 70 до 300 К и ее связь со структурными особенностями пленок [АЗО], [А31], [А34], [А44], [А47]. Для изготовления таких пленок использовались подложки из ЫсЮаОз с наклонной ориентацией оси [110] (в орторомбической системе) в диапазоне углов а от 0° до 45°, чему в псевдокубической кристаллографической системе для ШОаОз соответствовал спектр ориентации плоскостей от (001)пк до С101 )пк. Температурные зависимости удельного сопротивления Д7") и критического тока jС(Т) вдоль наклона оси с пленок приведены на рис. 4. Аналогичные зависимости, измеренные поперек наклона оси с, показали менее значительные изменения. Наибольшие изменения, почти на два порядка, электрических параметров вдоль наклона обнаружены при изменении ориентации подложек от (001) до (103), что соответствует диапазону углов а от 0° до 18°, а для больших углов анизотропия пленок даже уменьшалась с увеличением наклона а для подложек.

Такие изменения связаны с изменением микроструктуры УВа^СтО?,, пленок, напыленных на подложки из ЬМОаОз, при увеличении угла а. Оказалось, что напыленные пленки являются однодоменными с направлением оси с, следующим за наклоном базовой плоскости подложки для малых углов до 18° (плоскости (001), (1011), (105)). При больших углах в 30° для (305) подложки, пленки имели кроме доменов основной ориентации, также и дополнительные включения доменов с ориентацией оси с, повернутой на 90°, а при углах в 45" для подложки (101) пленка имела двухдоменную структуру с близкими размерами доменов и взаимноперпедикулярными ориентациями осей с в доменах.

Особым оказался случай УВа2Сиз07.х пленки, напыленной на (103) ИсЮаОз подложку. Из измерений наноструктуры таких пленок просвечивающей электронной микроскопией получено, что пленка является однодоменной, но с направлением оси с, повернутой на 90° по отношению к наклону подложки. Плоскости а-Ь в такой пленке расположены под углом в (72±0.5)°. Полученная конфигурация соответствует ориентации (101) для УВа2Си307.х пленки и является энергетически более выгодной, чем комплиментарная ориентация (109) [А44]. Такая пленка обладает максимальной электрической анизотропией для исследовавшихся пленок с д(100К)/д,/,(100К) £ 100, что лежит между величинами анизотропий А(100К)/д,(100К) з 63 и д(100К)//»,(100К) г 120, полученными ранее для бездвойниковых массивных монокристаллов УВагСизО?.* [29], и выше величины д(100К)/д,4(100К) з 85, полученной позже для УВагСизО:-* пленок с наклонной на 10° осью с [30].

Однодоменные пленки, с наклонными до 72° осями с, перспективны для ряда применений, например, в качестве базовых электродов для планарных туннельных переходов [А34] или для исследования проявлений собственного эффекта Джозефсона вдоль оси с в тонкопленочных структурах из УВа2Сиз07.х. Характеристики и опыт их приготовления использовался при разработке бикристаллических переходов с взаимнонаклоненными осями с. Условия получения почти а-ориентированных ВТСП пленок, при специальных углах наклона подложек для каждого типа ВТСП, защищены патентами [А47].

Раздел 5.2 посвящен переходам из с-ориентированных УВа2СизО?-х пленок. Бикристаллические переходы из с-ориентированных УВа2Сиз07.х тонких пленок изготавливались на (110) NdGaCb бикристаллических подложках. В качестве опорной плоскости у подложек, от которой ведется отсчет равных по величине, но противоположных по знаку, углов разориентации ±а, выбрана плоскость (001) NdGa03. Для получения качественных бикристаллических границ, величины бикристаллических углов ±а преимущественно выбирались, так, чтобы соприкасающиеся плоскости соответствовали кристаллографическим плоскостям с низкими индексами [А60]. В данной работе использовались (110) NdGa03 подложки с углами разориентации а = 9,5°; 10,5°; 11,3°; 14,0°; 18,4°; 26,6°.

На рис. 5а представлена наноструктура бикристаллической границы в УВа2Сиз07-х, эпитаксиальной пленке, полученной на бикристаллической подложке из (110) NdGaCb с углом разориентации 2x14°. Пленка с обеих сторон от границы имеет совершенную кристаллографическую ориентацию и эта кристаллическая структура сохраняется при приближении к границе на атомные расстояния в единицы ангстрем. В наноструктуре бикристаллической границы пленки имеются симметричные фасетки (-14°)/(+14°), где сходятся пленки, развернутые на -14° и +14° относительно границы. Однако, также на границе наблюдаются ассиметричные фасетки (-28°)/(0°) или (-45°)/(-17°) , где граница образуется по малоиндексовым плоскостям (100) или (110) с одной или с другой стороны.

Изображение поверхности пленки УВа2Сиз07-х, полученной на бикристаллической подложке из (110) NdGa03 с углом разориентации 2x14°, приведено на рис. 56 [А50].

X (им) X (нм) х(мкм)

Рис. 5. Наноструктура (а), поверхность (б) и распределение термоЭДС (в), индуцированных лазерным излучением, у с-ориентированной УВа2Сиз07-х, пленки вблизи бикристаллической границы (х=0) в 2x14° NdGaÜ3 подложке. Штриховые линии на рис.5а и рис. 56 показывают реальную бикрисгаллическую границу в УВа2Сиз07-х пленке, а на рис. 5в - границы УВа2Сиз07.х мостика [А39], [А40], [А50], [А52], [А60].

Топография пленки свидетельствует о переходной тенденции от островкового роста к послойному росту пленки. При этом граница между пленками, зародившимися на подложке по разные стороны от бикристаллической границы, не является непосредственной репликой границы в подложке, расположенной вертикально при х=0, а проявляется на рис.5б в виде извилистой линии с переменным контрастом, выделенной штриховой кривой. Это обстоятельство означает, что разориентация подложки определяет лишь усредненную разориентацию с-ориентированных пленок на бикристаллической подложке. Диапазон локальных разориентаций и площадей границы с данной локальной разориентацией для сориентированных пленок зависит от механизма роста пленки, локальных неоднородностей подложки и разориентации подложки. Наличие фасетирования бикристаллической границы с различными, в большинстве своем ассиметричными, разориентациями в реальных переходах существенно усложняет анализ интегральных электрических характеристик и требует проведения локальных измерений.

При рассмотрении этой границы на микромасштабе (рис.5б) доля несимметричных фасеток становится преобладающей, сверхпроводящий транспорт через них более затруднен вследствие особой ,,d-wave"- симметрии параметра порядка в УВагСизСЬ.х пленке [24]. С этими отклонениями от плоскости у границы пленки связаны и неоднородное распределение электрических параметров вдоль границы [А39]. На рис.5в видно, что пленка в области бикристаллической границы дает значительный двуполярный электрический сигнал под действием лазерного облучения и интенсивность этого сигнала меняется вдоль бикристаллической границы, что отражает пространственную неоднородность электрического транспорта через бикристаллическую границу [А50]. Можно различить 9 локальных максимумов (минимумов) в интенсивности этой двойной линии, соответствующих доминирующим каналам протекания тока через бикристаллическую границу и распределенных по длине с некоторой характерной длиной Lc. Величина Lc составляла 2 мкм для пленок на подложках из NdGaCb и могла быть до 5 мкм для пленок, проготовленных на подложках из MgO с большими размерами островков роста.

Особенности ВАХ и откликов переходов с w ® Lc и w > Lc описываются в рамках модели [А21], согласно которой бикристаллический ВТСП переход можно рассматривать как многоконтактный интерферометр, состоящий из параллельно соединенных, узких джозефсоновских контактов с весьма широким распределением критических токов !с и сопротивлений R„. Фактически речь идет о частном случае перколяционной картины, рассмотренной в разделе 3.2 при интерпретации электрических и джозефсоновских свойств в поликристаллических ВТСП пленках [Al 8]. Если ширина перехода w выбрана около характеристической длины Lc в пространственном распределении электрических параметров переходов, то существует большая вероятность, что внутри перехода будет только один доминирующий сверхпроводящий канал тока, и, как следует из приведенных результатов, его ВАХ и отклик хорошо описываются резистивной моделью.

На рис. 6а представлены ВАХ бикристаллического перехода из с-ориентированной УВагСизО?-* пленки на подложке 2x14° (110) ШйаОз при двух температурах 5 и 78 К. Ширина перехода составляла величину 2,5 мкм, что близко к величине характеристической длины Lc. ВАХ при температуре 78 К и в диапазоне напряжений от 0 до 6 мВ имеет вид (кривая 2), подобный аналогичной характеристике в резистивной модели. При понижении температуры такое подобие ВАХ сохраняется до температур 30-40 К, а при дальнейшем понижении температуры до 5 К ВАХ (кривая 1) ВАХ бикристаллического перехода обнаруживает отклонения от ВАХ, при низких напряжениях V < ICR„ появляется протяженный участок с большим дифференциальным сопротивлением. Последнее обстоятельство вызвано влиянием конечной (порядка 10"'4 Ф) емкости перехода и затрудняет использование изготовленных переходов при гелиевых температурах в гильберт-спектроскопии из-за больших величин ширины линии джозефсоновской генерации. Поэтому изготовленные переходы использовались в экспериментах по гильберт-спектроскопии

преимущественно в области температур от 88 К до 30 К. При этом величины характерных напряжений у переходов изменялись от 5 мкВ до 2 мВ, а форма ВАХ была близка к ВАХ резистивной модели.

Измеренные отклики ЛУ(У) переходов с шириной w ~ Lc имели форму, весьма близкую к форме отклика из резистивной модели с единственным нечетно-симметричным резонансом при напряжении V¡ = hf/2e. А отклики AV(V) перехода с шириной м>, существенно большей Lc , помимо ослабленного основного резонанса при V¡ = hf/2e обнаруживали субгармонический резонанс при Vta = (l/2)hf/2e [А60]. Использование такого отклика в гильберт-спектроскопии не представляется возможным, поскольку при воздействии излучения с одной частотой мы получим две спектральные компоненты. Кроме того, амплитуды резонансов при V) и Vi/¡ для переходов с и>» 1С нерегулярным образом зависели от электрической и магнитной предыстории переходов. Такое поведение качественно согласуется с моделью многоконтактного интерферометра для ВТСП переходов [А21]. Если ширина мостика w много больше, чем Lc, то вероятность появления дополнительных каналов в переходе возрастает с повышением ширины и бикристаллический переход ведет себя как многоконтактный интерферометр, у которого статические и динамические характеристики будут существенно отличаться от такого из резистивной модели [31], [32]. В частности, для двухконтактного интерферометра наличие внешнего магнитного потока Фе=Фа/2 приводит к разности фаз между переходами, равной л, и тогда первые гармоники джозефсоновских колебаний в переходах находятся в противофазе, а вторые гармоники - в фазе относительно друг друга [31]. Результирующим эффектом является подавление первой гармоники колебаний в интерферометре и возрастание второй гармоники. Подобные обстоятельства могут быть ответственными за появление субгармонических резонансов на откликах широких (м> > Lc) ВТСП переходов.

Выбор ширины w переходов около характерной лерколяционной Lc давал возможность увеличить количество переходов, близких к резистивной модели, но приводил к уширению разброса электрических параметров переходов. Результаты измерения разброса токов у бикристаллических УВазСизО;-* переходов из с- ориентированных пленок представлены на рис. 66 [А50], [А58]. Образцы представляли собой цепочки из 60-100 последовательно соединенных бикристаллических переходов с одинаковой шириной

1И1изд|1шш11МШ|иа1

(а)

(б)

Г V

-10 -8-6-4 -2 0 2 4 6 8 10 Напряжение (мВ)

10 100 Критический ток (мкА)

Рис. 6. (а) - Вольтамперные характеристики бикристаллического YBa2Cu307.x перехода с шириной w =2 ,5 мкм на подложке 2x14° (110) NdGaOi при двух температурах: 1- 5 К, 2- 78 К (слева) [А39]. (б) - Распределение N(IC) критических токов 1С, полученное для цепочки (фото фрагмента на вставке) из 63 2x14° УВагСизО?^ переходов с шириной 2,5 мкм [А58].

w = (2.5+0.5) мкм. При низких температурах через цепочку пропускался ток / и сфокусированный лазерный луч сканировался вдоль цепочки. Вследствие болометрического эффекта напряжение на цепочке сильно изменялось, если луч попадал на переход с критическим током /с, близким к заданному току I через цепочку. Подобные распределения измерялись для токов различных величин и из них измерялось количество переходов в цепочке, переходящих в резистивное состояние при данной величине тока, а результаты представлялись в виде распределений критических токов по величинам. Такое распределение для цепочки переходов с w=2,5mkm ж Lc представлено на рис. 66. Распределение критических токов N(IC) хорошо описывалось с помощью гауссова распределения логарифмических значений токов, а именно N(/c) ~ exp [-(lg/co-lg/c)2/a2], где la - среднее значение критического тока, ас- ширина распределения. Причиной такого распределения является туннельный характер сверхпроводящего транспорта через межзеренные границы. Для границы с определенной разориентацией критическая плотность сверхпроводящего тока jc экспоненциально падает с увеличением толщины t барьера с некоторой характерной толщиной to . В реальной многофасеточной границе в ВТСП бикристаллических переходах будет существовать статистическое распределение и толщины барьера и характерной толщины to , что и приводит к экспоненциальному разбросу локальных плотностей критических токов.

Распределения, подобные представленному на рис.66, наблюдались для всех цепочек переходов с углами разориентировок 2а от 2x10,5° до 2x26,6° и ширинами от 2,5 до 15 мкм. Средние плотности jc имеют общую тенденцию уменьшаться экспоненциально с повышением 2а для углов 2x10,5°, 2x11,3° and 2x18,4°. Более высокое значение jc = Ъ104 А/см2 для переходов с 2а = 2x14° может быть объяснено более упорядоченной кристаллографической структурой бикристаллической границы в подложке при таком угле по сравнению со структурой границы при углах в 2x10,5°, 2x11,3. Практически одинаковые величины jc и а получены для переходов с 2а = 2x26,6° and 2x18,4°. Это связано с тем, что эти углы равноудалены от угла разориентировки в 45°, где у асимметричных фасеток 0°/45° может наблюдаться минимум критической плотности тока из-за специфичной, ,,d-wave", симметрии параметра порядка в УВагСизСЬ.х [24].

Таким образом, для исследования детекторных и спектроскопических применений нами были выбраны бикристаллические переходы из с-ориентированных YBa2Cu307-x тонких пленок на подложках из (110) NdGaCh. ВАХ и отклики таких переходов при толщинах пленок 100-400 нм и ширинах, меньших 3 мкм, хорошо описываются резистивной моделью при температурах от 88 К до ЗОК. Сопротивления /?„ таких переходов составляло от 0,5 Ом до 50 Ом, а характерные напряжения достигали 0.3 мВ при Т= 77К и 3 мВ при Г= 5 К. Средние электрические характеристики таких переходов были сравнимы с аналогичными переходами на бикристаллических подложках из (100) S1TÍO3 [А32], [А35], используемыми из-за высокой диэлектрической проницаемости только в низкочастотных измерениях магнитных полей.

В разделе 5.3 рассмотрены электрические и структурные свойства переходов из УВа2Сиз07.х пленок с взаимнонаклоненными осями с. Сначала, в экспериментах с лазерным зондированием было обнаружено, что такие переходы обладают значительно более однородной структурой протекания тока [А40], [А43], а затем, при электрических измерениях, было обнаружено, что характерные напряжения значительно превосходят аналогичные величины у переходов из с-ориентированных пленок [А49], [А56].

Изображения наноструктуры поперечного сечения этих переходов, полученной с помощью электронного просвечивающего микроскопа, топографии поверхности, полученной с помощью микроскопа атомных сил, и распределения термоЭДС, индуцированных лазерным лучом, показаны на рис.7. Как видно из рис.7а, электроды перехода состоят из пленок, у которых оси с наклонены на 12° к бикристаллической границе. Сами пленки состоят из удлиненных островков роста с размерами вдоль границы порядка

Рис. 7. Наноструктура (а), поверхность (б), а также распределение термоЭДС (в), индуцированных лазерным излучением, у УВагСизСЬ-х бикристаллических переходов с взаимнонаклоненными осями с вблизи бикристаллической границы в 2x12° ЗгТЮз подложке. Штриховые линии на рисунке справа показывают границы УВагСизСЬ.х мостика. [А40], [А43], [А49], [А56]

х (нм)

-2-1012 Х(мкм|

х(мкм)

нескольких микрометров и 200-300 нм в перпендикулярном направлении, которое расположены в виде террас с углом наклона 12° и ступеньками в 5-20 нм (рис.7б). На границе, где соединяются пленки с разными наклонами оси с, наблюдается У-образное понижение профиля пленки глубиной до 50 нм. Механизм образования таких пленок демонстрирует сильную тенденцию к послойному росту, однако ступеньки между террасами составляют около десятка размеров элементарной ячейки УВагСизО?.* в с-направлении. Максимальная ширина меандрирования границы у этих переходов было около 20 нм, что на порядок ниже аналогичной величины у переходов из с-ориентированных пленок. Улучшенная структура переходов нашла свое отражение в однородности электрического транспорта. На рис. 7в показано, что такие переходы обладают значительно более высокой однородностью электрических характеристик, по сравнению с переходами из с-ориентированых пленок ( см. рис.5в).

Благодаря улучшенному кристаллографическому упорядочению пространственное токовое распределение переходов с взаимнонаклоненными осями с оказывается более однородным, а их величины 1СЯ„ значительно выше. На рис. 8а представлены вольтамперные характеристики одного из таких переходов на подложке 2x12° (001) ЭгТЮз. Такие переходы, приготовленные при использовании параметров распыления, оптимизированных для получения высококачественных пленок (рис. 4) и бикристаллических переходов из сориентированных пленок (рис. 6), обладают наибольшими величинами /с/?„(4 К) до 8,3 мВ и /А(77К) до 1,2 мВ, а также наименьшим (около 10 %) разбросом этой величины и высокой воспроизводимостью величин Я„А с отклонениями от средних, определяемыми в основном разбросом и ошибками (± 0,5 мкм) оптических измерений ширин переходов [А49]. В отличие от переходов с малыми ширинами из с-ориентированных пленок, где разбросы электрических параметров достигают десятков процентов (рис. 6), переходы с взамнонаюгокенными осями с показывают существенно более высокую воспроизводимость электрических параметров. Все переходы с ширинами 2-4 мкм имели ВАХ с небольшим гистерезисом при 4,2 К и без гистерезиса при 77 К. Плотности критического тока изменялась от (1,5-5-2,5)-106 А/см2 при 4,2К до (1,5+2,5)-Ю' А/см2 при 4,2 К при 77 К, что на порядок превосходит аналогичные характеристики у с-ориентированных переходов. Вследствие высокого упорядочения и однофасеточного характера бикристаллической границы, а также особенностей своей симметрии [24], параметр порядка не должен так существенно подавляться в этих переходах по сравнению с традиционными переходами.

-10 -5 0 5

Напряжение (мВ)

-15 -10 -5 0 5 10 Напряжение (мВ)

Рис. 8. ВАХ бикристаллических УВа2Сиз07-х переходов с взаимнонаклоненными осями с при Т= 4,2 К и 77,3 К на подложках ; (а) - 2x12° БгТЮз [А49] и (б) -2x10,5° ЫсЮаОз [А61].

Для использования в детектировании и спектроскопии, необходимо было перенести методику приготовления УВагСизО?.* бикристаллических переходов с взаимно-наклоненными осями с на подложки из ИсЮаОз, обладающие более, чем на порядок меньшей диэлектрической проницаемостью. При этом, использовался опыт приготовления качественных пленок с наклонными осями с, разработанными ранее (рис. 4) [АЗО], [А44], [А47]. На рис. 86 представлены ВАХ перехода на подложке из ЬМОаОз с углом 2а = 2x10,5°. Характерное напряжение 1Д„ изменялось от 0,9 мВ при 77К до 7,3 мВ при 4,2К [А61]. ВАХ при Г = 77 К близка к резистивной модели при напряжениях до 5 - 6 мВ. Гистерезисное поведение ВАХ при 4,2 К при низких напряжениях может быть связано с захватом и освобождением магнитного потока в дефектных областях перехода. Однородность бикристаллического шва у использовавшихся ЫсЮаОз подложек оказалась несколько хуже, чем у БгТЮз подложек, из-за большего количества газовых включений субмикронных размеров. Однако, основные электрические характеристики таких переходов на подложках ШОаОз оказались практически такими же, как и для переходов на подложках ЗгТЮз [А61]. Сравнение средних электрических характеристик для переходов на ЫсЮаОз подложках, как для обычных бикристаллических переходов из с-ориентированных пленок, так и для пленок с взаимнонаклоненными осями с, показало, что при всех углах разориентировок более совершенная кристаллографическая структура бикристаллической границы у переходов с наклонными осями с отражается в увеличении плотности критического тока, уменьшении удельного сопротивления границы и в троекратном увеличении характерного напряжения /<А, [А61]. Таким образом, приготовленные переходы находятся гораздо ближе к «идеальному» джозефсоновскому переходу у которого /с/?„ может быть около значения тсД/2е следующего из теории Амбегаокара-Баратова [27].

После первых пионерских работ [А40], [А43], [А49], [А56], [А61], появилось ряд работ, в которых реализованы ВТСП бикристаллические переходы с взаимнонаклоненными осями с на подложках из А12Оз [33], с использованием нового ВТСП. материала №Де)Ва2СаСи20у с большей, чем у УВа2Сиз07-х, критической температурой [34], с новой ассиметричной конфигурацией наклонов осей с [35], и также фактически повторена наша работа [А49] с использованием таких же подложек из БгТЮз и той же методики и даже подобной же распылительной установки [36]. Однако, только в работе [36] при полном копировании наших условий приготовления удалось достигнуть близких значений У?„.

Раздел 5.4 посвящен изучению влияния низкотемпературного отжига бикристаллических УВа2Сиз07.х переходов в кислороде на их электрические и шумовые характеристики. ВАХ бикристаллических переходов с взаимнонаклоненными осями с с точностью в несколько процентов соответствуют резистивной модели в области температур

выше 50 К, где выполняется условие lc(T)R„ < кТ/2е. При этом сами пленки были загружены кислородом оптимально при изготовлении, когда пленки выдерживались при температуре 550° при 1 Бар в молекулярном кислороде. Дальнейшее улучшение соответствия переходов резистивной модели при Т > 50 К было достигнуто, когда переходы были подвергнуты низкотемпературному отжигу в атмосфере атомарного кислорода [А71], [А73], [А77]. При этом критическая температура пленок не изменялась, а транспортные и шумовые характеристики переходов изменялись существенно.

На рис. 9а показаны ВАХ бикристаллического 2x14° УВагСизСЪ-х перехода с взаимнонаклоненными осями с, подвергнутого различным режимам обработки в атмосфере кислорода. В отсутствии обработки переход имел видимые отклонения от ВАХ, рассчитанной согласно резистивной модели. Тот же самый переход, подвергнутый отжигу в атмосфере смеси озон-кислород в течение получаса и протестированный сразу же после отжига, имел вдвое меньшее сопротивление R„, тогда как характерное напряжение ICR„ увеличилось только на несколько процентов. Его ВАХ (сплошная линия на рис. 9а) с точностью до 0,4% процента соответствует ВАХ, рассчитанной из резистивной модели. Сравнение с расчетными ВАХ с учетом конечной емкости показало, что емкость в таких переходах после отжига в кислороде не превосходит 210"15 Ф. Тот же самый переход, после хранения в атмосфере молекулярного кислорода в течение семи дней при комнатной температуре, показал 10% увеличение нормального сопротивления R„ и заметное отклонение экспериментальной ВАХ (пунктирная линия на рис. 9а) от рассчитанной согласно резистивной модели. Эти малые изменения ВАХ можно рассматривать как результат шунтирования джозефсоновских колебаний неким дополнительным адмиттансом, который, в свою очередь, модифицируется различными режимами обработки в кислороде. В этом случае мы можем воспользоваться джозефсоновской адмиттансной спектроскопии, чтобы получить спектральное распределение потерь во внешнем адмиттансе, исходя из экспериментальных данных изменения ВАХ. Все три частотные зависимости RеУеф имели максимум на частотах = 1,5 ТГц (V s ЗмВ). Максимальная величина RcYe уменьшается от 0.076 Ом'1 для перехода в отсутствие обработки до 0.009 Ом"' для перехода, подвергнутого отжигу в атмосфере озона. Хранение при комнатной температуре в атмосфере молекулярного кислорода приводит к незначительному увеличению R„ (примерно на 13%) и заметному увеличению величины шунтирующего адмиттанса (от 0.009 Ом"1 до 0.05 Ом"1).

1.0

Напряжение VIR

о i :

Напряжение i'IRw

Рис. 9. ВАХ (а) и спектральная плотность НЧ шума S¿V,3kHz) (б) одного и того же бикристаллического УВагСизО?.* перехода после приготовления (штриховая линия, R„ = 4.7 Ом, ICR„ = 2.4 мВ), после отжига в озоне (сплошная линия, R„ = 2.3 Ом, /с/?„ = 2.45 мВ) и после хранения при комнатной температуре в кислороде (пунктирная линия, /?„ = 2.6 Ом, 1CR„ = 2.45 мВ). Т= 55 К [А73], [А77].

Были подробно исследованы низкочастотные шумовые свойства бикристаллических переходов с взаимнонаклоненными осями с, в том числе и потому, что данные о шумах могут дать дополнительную информацию о переносе электрического заряда в области слабой связи [А64], [А73]. Появление низкочастотного шумового напряжения в УВа:Сиз07.х переходах с гранулированной границей обычно связывается с флуктуациями критического тока 61с и нормального сопротивления <)/?„ [37]. Мы записали спектральную плотность интенсивности шумового напряжения в виде [А73]:

ЗД/. У)=[/с2Я//]25(/) + У2ВМ) - ИЫУЛЯЫШ"1. (1)

где - дифференциальное сопротивление, ■!>,{/)^„(/уя,,2 и 51{/)=5/с(/У/с2 -

нормированные спектральные плотности флуктуаций 6Н„ нормального сопротивления и флуктуации 61с критического тока соответственно, кЦ)=\у,^/)\со!в,Х/) есть коэффициент корреляции между флуктуациями 6Я„ и 5{с , в,XI) есть фазовый угол кросс-спектральной плотности & ЯгЧ ЗД [38].

Экспериментальные данные показаны на рис. 96, где представлены зависимости нормированных спектральных плотностей флуктуаций .5У/с2/?„ на частоте 3 кГц от нормированного напряжения УИСК„ для переходов в отсутствие обработки (светлые кружки), после отжига в атмосфере озона (темные квадраты) и после хранения в атмосфере молекулярного кислорода (светлые квадраты). Результаты подгонки с помощью формулы (1) показаны на рис. 96 линиями. Видно, что экспериментальные зависимости для переходов в отсутствие обработки, после отжига и после хранения хорошо соответствуют результатам расчета согласно формуле (1) при соответствующем наборе подгоночных параметров $ и к. Отжиг в атмосфере атомарного кислорода приводит к трехкратному уменьшению величины 5Г и шестикратному уменьшению величины Хранение при комнатной температуре в атмосфере молекулярного кислорода вызывает относительно слабое, в пределах 25-60% увеличение этих параметров.

Для серии УВа2Сиз07.х бикристаллических переходов с наклонными (2x14°) осями с было получено [А73], что после отжига переходов в озоне величины отношенийр = (51 /.Я-)"2 с точностью в 10% были равны 1, а коэффициент корреляции к с близкой точностью оказался равен минус 1. Достигнутые значения р = (& / Х)"2 = 1 и к = -1 для наших переходов существенно отличаются от значений для тех же величин, полученных другими авторами для переходов на основе с-ориентированных пленок [39], где были получены величины р = (5, / Зг)ш = (2-5-3,8) и к = -(0,25+0,5). Таким образом, полученные нами данные впервые демонстрируют полную антикорреляцию между флуктуациями критического тока и сопротивления в ВТСП переходах, а достигнутые значения р = (51 Д.) = 1 указывают, что и квазичастичный ток и сверхток туннелируют через один и тот же барьер.

После рассмотрения различных моделей переноса электрического заряда через гранулированную границу в бикристаллических высокотемпературных сверхпроводниках был сделан вывод о том, что наши экспериментальные результаты лучше соответствуют модели, согласно которой квазичастицы и куперовские пары туннелируют через одни и те же места границы, т.е. через одни и те же места энергетического барьера, возникающего из-за изгиба зон сверхпроводника в области бикристаллической границы [24]. Согласно этой модели и ее детализации в [40], туннельный барьер рассматривается как следствие образования трех последовательных слоев: структурно-деформированной границы посередине и двух прилегающих по обе стороны от границы слоев с обедненным зарядом сгруктурно-недеформированного материала [24], [40]. В рамках этой модели низкочастотный шум напряжения можно объяснить флуктуациями электрического заряда за счет присутствия ловушек в области структурно-деформированной границы, так же, как эти явления объясняются в полупроводниках. Анализируя экспериментальные данные можно видеть, что модификации токового транспорта, дополнительных потерь и уровня шума,

вызываемые действием кислорода и старением, проистекают с различной интенсивностью. Исходя из данных по хранению переходов при комнатной температуре, наибольшее относительное изменение происходит у величины адмиттанса потерь Ye, а наименьшее относительное изменение - у величины /?„. Рассматривая в качестве первопричины всех модификаций диффузию кислорода в область границы зерен и в пленку УВагСизО?.* можно предположить, что наибольшая интенсивность поглощения кислорода связана с наиболее возмущенными позициями в межзеренной границы УВа^СизОг-х, сосредоточенными в области структурного барьера. Наименьшая интенсивность поглощения кислорода относится к УВагСизСЬ.х пленочным берегам джозефсоновского перехода, где области обедненного заряда формируют энергетический барьер. Таким образом, присутствие внешнего шунта с адмитгансом Ye может быть связано с наличием потерь в структурно-деформированном барьере переходов на межзеренных границах из УВагСизСЬ-х пленок с взаимнонаклоненными осями с.

При низких температурах, когда выполняется условие IC(T)R„ » кТ/2е, отклонения вольтамперных характеристик УВагСизС^-х бикристаллических джозефсоновских переходов с взаимнонаклоненными осями с от рассчитанных согласно резистивной модели становятся более заметными. Эти отклонения могут быть обусловлены взаимодействием джозефсоновских колебаний с частотно-зависимыми проявлениями окружающей переход среды, такими как резонансные моды в подложке, антенные резонансы в подводящих электродах, фононные моды в подложке и в YBa2Cu307.x пленочных берегах перехода. Весьма воспроизводимыми и сильно выраженными оказались особенности на ВАХ, связанные с оптическими фононными модами в УВагСизО;.* [А61], [А75], [А79], [А81]. На рис. 10 показана тонкая структура вольтамперных характеристик одного джозефсоновского перехода с взаимнонаклоненными осями с, которую удалось наблюдать, измеряя зависимость дифференциальной проводимости dl/dV от напряжения V. Нижняя кривая получена до низкотемпературного отжига в озоне, а верхняя - после. Справа приведены фононные моды, полученные с помощью расчетов динамики решетки в УВагСизО? [41], и указаны положения их частот на шкале джозефсоновских напряжений. Отжиг в озоне приводит не только к повышению проводимости перехода, но и к изменению эффективности проявления особенностей. Наиболее сильно особенности dl/dVb обоих случаях проявляются при напряжении Ks9.5 мВ, что соответствует джозефсоновской частоте около 4.6 ТГц и согласуется с частотой 152,5 см'1 наиболее сильно выраженной оптической фононной моды УВагСиз07.х, которая наблюдается в спектрах отражения, когда поляризация электромагнитной волны параллельна [001]-оси УВагСизО?.* [42]. Эта фононная мода имеет расчетную частоту 151 см и представлена справа вверху. С близкой частотой 153 см"1 имеется в расчетах и мода с ортогональной поляризацией вдоль плоскостей а-Ь , она представлена вверху слева. Видно из экспериментальных данных, что особенность при 9,5 мВ увеличивается по амплитуде при загрузке кислородом.

На зависимостях WAV от напряжения V имеются также более низкочастотные особенности при V = 7.3 мВ (/= 118 см"') и V s 5.5 мВ (/s 89 см"1), которые уменьшаются по амплитуде при увеличении загрузки кислородом. Особенность при 7,3 мВ хорошо согласуется с частотой 115 см"1 расчетной фононной моды, поляризованной вдоль а-Ь плоскости, что и показано стрелкой на рисунке. Особенность при 5.5 мВ близка к частоте 95 см"' для самой низкочастотной фононной моды, поляризованной вдоль оси с, и ее положение на шкале напряжений показана стрелкой. Интенсивность этих проявлений заметно уступает особенности, наблюдаемой при напряжении 9.5 мВ и соответствующей частоте 4.6 ТГц. Особенность при напряжении V a 9.5 мВ может рассматриваться как результат шунтирования джозефсоновских колебаний большой динамической проводимостью УВагСиз07-х электродов на частотах, близких к фононной частоте. В рамках адмитгансной спектроскопии эта особенность рассматривается как влияния потерь при этой частоте на ВАХ перехода и при наблюдаемом значительном влиянии на ВАХ следует ожидать и

озоне (нижняя кривая) и после него (верхняя) [А79]. В правой части приведены 4 моды оптических фононов, полученные из расчета динамики решетки в УВа2Сиз07 [41] и стрелками обозначены положения их частот на шкале напряжений перехода,

существенного ослабления джозефсоновских колебаний при приближении их частот к фоннонных частотам в электродах.

В случае искусственно созданных бикристаллических переходов с взаимнонаклоненными осями с, джозефсоновские колебания в бикристаллическом барьере имеют направление электрического поля под малыми углами а = 10°^14° относительно плоскостей а-Ь, и соответственно имеют компоненты как вдоль этой плоскости , так и в перпендикулярном направлении, вдоль оси с. Поэтому в нашем случае, в отличие от работы [43], возможно возбуждение как продольных, так и поперечных оптических фононных мод, которые могут быть поляризованы и вдоль оси с и вдоль плоскостей а-Ь.

Таким образом, было обнаружено, что при низких температурах взаимодействие джозефсоновского излучения с активными фононными модами инфракрасного диапазона в УВа2Сиз07-х отражается на вольтамперных характеристиках бикристаллических переходов с взаимнонаклоненными осями с. Джозефсоновское туннелирование в таких переходах может быть использовано для развития терагерцовой адмиттансной спектроскопии низкоэнергетических возбуждений в ВТСП материалах и окружении переходов.

В разделе 5.6 приведены выводы по главе 5.

Глава 6 посвящена квадратичному детектированию электромагнитного излучения ВТСП переходами. В разделе 6.1 приводится методика оценки джозефсоновских свойств переходов, использующая аналитические свойства квадратичного отклика Д1{У) джозефсоновского перехода на слабое монохроматическое излучение различных частот / и описывается процедура самокалибровки [А6], [А46], [А57], согласно которой

экспериментальный отклик Д/(У) на электромагнитное излучение с частотой/нормировался на изменение критического тока Д1С перехода, вызванное тем же излучением.

Раздел 6.2 содержит результаты исследования логпериодической антенны, использовавшейся для согласования приготовленных переходов с электромагнитным излучением. После характеризации структурных и электрических свойств ВТСП переходы исследовались в качестве детекторов электромагнитного излучения в широкой полосе частот от единиц ГГц до 6 ТГц. Для согласования переходов с электромагнитным излучением в таком широком диапазоне была использована логпериодическая антенна с плавным синусоидальным профилем [44], [А41], [А42]. Соответствующая фотография, выполненная в отраженном поляризованном свете, показана на рис. 11. В центре антенны размещен УВагСизСЬ.х пленочный мостик с шириной 2 мкм, пересекающий бикристаллическую границу ЫсЮаОз подложки, расположенную на фотографии в вертикальном направлении и видную как Рис. 11. Логпериодическая А^УВагСизСЬ-х антенна, интегрированная с УВагСизОт-х мостиком, пересекающим бикристаллическую границу ЫсЮаОз подложки [А41], [А42].граница между двумя частями подложки с отличающимся поляризационным контрастом. Антенна выполнена из Ag тонкой пленки, нанесенной на УВагСиз07-х пленку.

Рисунок антенны имеет по 25 вибраторов синусоидальной формы с каждой стороны плеча. Её логпериодическая геометрия определяется соотношением между радиусами Л„ соответствующими положениям вибраторов: = г, где для данной антенны г =1.25, а

максимальный и минимальный радиусы йликс=10С0 цм и /?о=5 цм. Углы <ри, определяющие отдельные вибраторы с каждой из сторон антенны описываются соотношениями </} = <ро + а-8т[ог-^(Л/Ло)] и $ = ц>о + а ^т[а\оф-1го)], где г0 = Яо г"2, а, а, - параметры, задающие геометрию антенны. При работе на подложке из ЫсЮаОз с эффективной диэлектрической проницаемостью е — 21 антенна должна была работать, согласно расчетам, в диапазоне частот от 25 ГГц до 7 ТГц, с характерным активным сопротивлением 60тг/[(г+1)/2]1/2 = 57 Ом.

Характеристики антенны, изготовленной из УВазСизО?.*, были исследованы с помощью джозефсоновской адмиттансной спектроскопии [А83]. ВАХ и зависимость дифференциального сопротивления ^(У) УВа2Сиз07.х бикристаллического перехода из сориентированных пленок при температуре 4,5 К представлена на рис. 12а. Действительная часть адмиттанса ЯеК(/) антенны с джозефсоновским переходом (рис. 126, нижняя кривая) была получена из данных измерений ВАХ при Т~ 4.5 К. Мы предполагаем, что основной вклад в нее вносят потери в материале антенны и в области слабой связи, которые приводят к медленно меняющейся зависимости на масштабе частот 100 ГГц [А83].

На фоне медленно меняющейся с частотой компоненты на данной кривой также наблюдается быстро осциллирующая составляющая с существенно меньшей амплитудой. Для ее исследования использовались данные измерений К{У) [А83]. На верхней кривой рис. 116 приведена быстро меняющаяся часть Ле[У(/) - У]. В связи с тем, что измерения проводились при конечной температуре, в У наряду с медленной составляющей адмиттанса включена погрешность, связанная с конечностью нижнего предела интегрирования дифференциального сопротивления. Геометрическая форма антенны обеспечивает периодическую зависимость всех характеристик антенны, в том числе и от

логарифма частоты / Пиковые значения

Рис. 11. Логпериодическая Ag/YBa2Cu307-x антенна,

интегрированная с УВа2Сиз07.х мостиком, пересекающим

бикристаллическую границу ШОаОз подложки [А41], [А42].

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 7СЮ

Напряжение (мВ)

Частота (ГГц)

Рис. 12. ВАХ и зависимость дифференциального сопротивления RJiV) джозефсоновского перехода от напряжения при температуре Т = 4.5 К (а). Частотная зависимость действительной части адмиттанса логпериодической УВа2Сиз07.^ антенны, полученная из данных на рис. 11а с помощью джозефсоновской адмиттансной спектроскопии (б) [А83].

действительной части адмиттанса соответствуют максимумам мощности излучения, которые имеют место при резонансных частотах групп соседних диполей, длина которых приблизительно равна 'А длины волны.

При частотах выше 150 ГГц экспериментальная зависимость резонансной частоты от номера резонанса с высокой точностью аппроксимируется прямой с параметром скейлинга г=1.24±0.01, что совпадает с соответствующим геометрическим параметром антенны. В области высоких частот наблюдается спад высоты резонансных пиков при частотах выше 350 ГГц при сохранении логопериодической зависимости от частоты. Его можно объяснить ростом электромагнитных потерь в материале антенны и в области бикристаллической границы, что приводит к уменьшению амплитуды резонансов [А87].

Таким образом, продемонстрировано еще одно применение джозефсоновской адмиттансной спектроскопии для исследования спектральных свойств широкополосной логопериодической антенны в диапазоне частот 50^700 ГГц. Для исследований высокочастотных свойств переходов мы использовали широполосный характер такой антенны, улучшая его на высоких частотах за счет покрытия пленками серебра или золота, При этом нам удавалось исследовать отклики переходов до 6 ТГа Большинство наших переходов имели сопротивления значительно менее десятков Ом и согласование их с антенной было далеко от оптимального. Это обстоятельство помогало при физических исследованиях процессов детектирования переходами, когда переход можно было считать автономным и слабо взаимодействующим с внешними электродинамическими системами.

Раздел 6.3 посвящен результатам исследования нестационарного эффекта Джозефсона в бикристаллических ВТСП переходах. Спектральная область квадратичного частотно-селективного детектирования и, соответственно, гильберт-спектроскопии определяется частотным диапазоном перестройки джозефсоновской генерации. Для измерений спектральной области нестационарного эффекта Джозефсона, были измерены отклики dI(V) джозефсоновских переходов на монохроматические сигналы с частотами от 1 ГГц до 6 ТГц [А45], [А46], [А52], [А53], [А57]. Была использована процедура самокалибровки [А6], [А46] и был рассчитан нормированный отклик A1(V)/AIC , в котором эффекты согласования учитываются в нормировке на Л1С [А46].

На рис.13 показаны отклики двух УВа2Сиз07.х бикристаллических переходов с взаимнонаклоненными осями с на воздействие монохроматических сигналов в частотном диапазоне / от 17 ГГц до 4.2 ТГц. Отклики демонстрируют нечетно-симметричные

резонансы при напряжениях У=И//2е благодаря эффекту затягивания частоты джозефсоновской генерации внешним излучением. При каждой температуре измерений в интервале между 30 и 85 К селективные отклики наблюдались в частотной полосе, соответствующей по крайней мере одной декаде. Центральная частота этой полосы изменялась в соответствии с характерной частотой перехода /с=(2е//1)/^„, так что полная полоса селективного детектирования одного джозефсоновского перехода при двух различных температурах могла достигать двух порядков изменения частоты

Рис. 13. Нормированные отклики AI(V)I Д/с для двух бикристаллических джозефсоновских переходов из с-ориентированных УВагСизОт-х пленок с R„ = 0.5 Ом (слева) и R„ = 7 Q (справа) на монохроматическое излучение с частотами от 17 ГГц до 4.25 ТГц, измеренные для двух температур 85 К ( слева) и 34 К (справа). [А48], [А53], [А60].

Низкочастотная граница проявления резонансов в откликах AI(V)/AIC, подобных показанным на рис.13, соответствует рассчитанной согласно резистивной модели. Ее возникновение есть результат возрастания при малых напряжениях смещения ширины линии джозефсоновской генерации и соответствующее уменьшение резонансной амплитуды. Высокочастотный спад резонансного отклика джозефсоновского перехода при воздействии монохроматического излучения может объясняться уменьшением амплитуды джозефсоновских колебаний из-за джоулева нагрева и емкостного шунтирования перехода.

Нормированные отклики AI(V)/AIC низкоомного УВагСиз07-х джозефсоновского перехода с взаимнонаклоненными осями с при воздействии терагерцового лазерного излучения приведены на рис. 14. Несмотря на то, что величины характерного напряжения IcRn достаточно высоки, амплитуды джозефсоновских колебаний заметно уменьшаются в терагерцовой области. Тем не менее нам удалось зафиксировать отклик на лазерное излучение с частотой 5.25 ТГц (см. вставку к рис.14), которая превышает частоту возбуждения наиболее интенсивных оптических фононов инфракрасного диапазона в УВа2Сиз07-л- Одним из результатов этих измерений является констатация того факта, что нестационарный эффект Джозефсона присутствует в той частотной области, где происходит радикальное изменение динамической проводимости оф YBa2Cu307.x ([42]). Резонансные амплитуды нормированного отклика AI(V)/AIC при напряжениях V=hf/2e есть результат взаимодействия внешнего сигнала с частотой / с первой гармоникой джозефсоновских колебаний с частотой /¡=2eV/h. Отображение интенсивностей резонансных амплитуд Alma/Ah как функции частоты / и параметров переходов дает нам информацию о спектральной области проявления нестационарного эффекта Джозефсона. Критерием,

Ё10'

■ ■: а жяш ■ •« о а |< • ■ м □

■ ■ ■ ■ *■ о □ в а ■ а ш а а □

■ ■ ш а о о

в^в о а

* А

6 8 10 12 Напряжение (мВ>

Рис. 14. Нормированные отклики М(У)1МС для двух УВа2Сиз07.х бикристаплических переходов с /?„= 6 Ом, 1СЯ„= 4.8 мВ при ЗОК и \ Ом, !СК = 6.0 при 10К (вставка).

"Г"

10" к' ю' Сопротивление Л (Ом)

Рис. 15. Распределение максимальных нормированных откликов Д/тах/Д£ (/], для УВа2Сиз07.х бикристаплических переходов на монохроматическое излучение. Темные квадраты - >1, светлые квадраты- Д/т,х/Д^ <1. 7"=(37±3) К.

определяющим границы его проявления для исследованных переходов, было выбрано условие А1т<,/А!с>1- Результаты отображения интенсивности нестационарного эффекта Джозефсона в плоскости «частота-сопротивление» для с-ориентированных (черные квадраты) и с взаимнонаклонениыми осями с (прозрачные квадраты) УВагСизО-^ бикристаллических джозефсоновских переходов показаны на рис. 15. Низкочастотная граница /¡(Н^ спектральной области проявления нестационарного эффекта Джозефсона оказывается пропорциональной К„'/3 (пунктирная линия _/?), в соответствии с оценками /1=(35/о/с}/2)' \ полученными из соотношения для 6/*(%1=/1 [А57]. Высокочастотная граница /¡,(Я0 практически не зависит от величины А,, возможно, из-за того, что, помимо джоулева нагрева и емкостного шунтирования подавление нестационарного эффекта Джозефсона в высокочастотной области обусловлено дополнительным частотно-селективным механизмом возбуждения. Таким вероятным механизмом может быть взаимодействие джозефсоновских колебаний с интенсивной оптической фононной модой в УВа2Сиз07.х электродах на частоте 4.6 ТГц [42] и как уже обсуждалось в главе 4.4 данной работы.

В разделе 6.4 представлены результаты исследования формы линии джозефсоновской генерация, которая определяет инструментальные функции джозефсоновских спектроскопических методов. На рис. 16а и 166, соответственно, показаны ВАХ типичного УВагСизОу-х джозефсоновского перехода при 34 К и его отклик А1(У) на излучение с частотой 3.1 ТГц. В области напряжений \У\ < 8.5 мВ формы вольтамперной характеристики и отклика Ж(Т7 очень близки к предсказанным согласно резистивной модели. Форма отклика А1 имеет форму очень резкого нечетно-симметричного резонанса в окрестности напряжения V = к//2е = 6.42 мВ. На рис.16в показана зависимость от напряжения V функции отклика Н(У)°° А1(У)1(У)У. Результат гильберт-преобразования функции отклика показан на рис.16г [А46]. В соответствии с процедурой измерений и обработки данных спектр, приведенный на рис. 16г, есть инструментальная функция спектрометра. Этот спектр также хорошо описывается лоренцовой кривой, а ширина инструментальной функции, или ширина линии джозефсоновской генерации, составляла 3,9 ГГц. Исходя из простых физических представлений, измеренная инструментальная функция является спектром собственных джозефсоновских колебаний при напряжении V = к//2е = 6,42 мВ, уширенным флуктуациями напряжения. Полученная величина уширения в 3,9 ГГц приблизительно вдвое больше

: w ~т

2 4 6 8 Напряжение (мВ)

6.40 6.44 6.48 Напряжение (мВ)

« 10

s 5

<5 0

в. ■10

: (б)

0 2 4 6 8 Напряжение (мВ)

3.08

3.10 3.12 314 Частота (ТГи)

Рис. 16. (а) - ВАХ бикристаллического УВа2Си307.х перехода при 34 К. (б) - Отклик Д1(У) перехода на лазерное излучение с частотой 3,106 ТГц. (в) -Функция отклика Н(У) ос Ь{У)1(У)У. (г) -Восстановленный спектр излучения [А46].

соответствующей величины для ширины линии генерации, определяемой только тепловыми флуктуациями (см. уравнение (6)), из-за выполнения в эксперименте условия е V > кТ и вклада неравновесных

флуктуации [А39], [А46]. Меньшие абсолютные значения величины ширины линии генерации до 280 МГц были достигнуты соискателем еще на первых этапах использования ВТСП джозефсоновских

переходов для гильберт-спектроскопии [А37]. Таким образом, можно полагать, что относительная разрешающая способность спектроскопических методов, основанных на использовании джозефсоновских ВТСП переходов, может составлять величину порядка 10"3 в терагерцовой области частот.

Раздел 6.5 посвящен исследованиям динамического диапазона по мощности у детекторов на основе разработанных ВТСП переходов. Динамический диапазон по мощности квадратичного джозефсоновского детектора определяет динамическую область сигналов гильберт-спекгроскопии [А51], [А52], [А59], [А65], [А66], [А66], [А 72], [А86]. Эта динамическая область детектора определяется соотношением Р/Р0, где Р, - уровень мощности, при которой детекторный отклик отклоняется от линейного закона на заранее оговариваемую величину (обычным критерием является отклонение вниз на I или ЗдБ), а Р„ = NEP(AP)W - минимальная обнаружимая мощность, которая равна произведению мощности, эквивалентной шуму (Noise Equivalent Power - NEP, измеряется в единицах Вт/Гц"2) и ширины частотной полосы AF детекторной системы.

Типичные результаты измерений динамического диапазона для перехода с R„= 1,2 Ом и IcK = 0,22 мВ при температуре Т = 80 К представлены на рис. 17 [А66]. Частота воздействующего излучения 86 ГГц была выбрана по двум причинам: во-первых, в диапазоне 75-110 ГГц существуют коммерческие прецизионные калиброванные аттенюаторы, как переменные с динамическим диапазоном около 60 дБ, так и с фиксированным ослаблением, и, во-вторых, в этом диапазоне имелись импульсные модуляторы, работающие до частот в десятки МГц, что позволяло проводить измерения откликов переходов на высоких частотах, где шумы 1 // переходов не ограничивали минимально измеримые сигналы, а все ограничения были связаны с тепловыми флуктуациями в переходах. На рис.17 по горизонтальной оси отложена величина мощности излучения, поглощенной переходом. Для абсолютной нормировки оси мощности было использовано теоретическое значение, при котором амплитуда частотно-селективного отклика первый раз достигает максимума [13]. Зависимость амплитуд широкополосного и частотно-селективного отклика Al при Vt=hJ/2e от величины поглощенной переходом мощности Р очень хорошо описывается линейным законом при малых значениях Р, тогда как амплитуда паразитного резонанса при V-2=2Vi

10"* 10" 10 10"

Поглощенная мощность (Вт)

Рис. 17. Зависимости амплитуд широкополосного Ale (квадраты) и частотно-селективного Alf (круги) откликов от поглощенной мощности излучения с частотой / = 86 ГГц для УВагСизСЬ.х бикрисгаллического перехода с R„ =1,2 Ом и ICR„ -0,22 мВ при Г= 80 К [А66], [А69].

оказывалась

пропорциональной Р2 [А66]. Видно, что динамический диапазон по мощности широкополосного

отклика на порядок больше, чем аналогичная величина для частотно-селективного отклика. Это обстоятельство подтверждает

правильность выбора нормировки селективных откликов,

использовавшихся при

исследовании спектрального

диапазона нестационарного эффекта Джозефсона (см. главу 5.4).

Из линейной зависимости частотно-селективного отклика А1 от мощности определена величина амперваттной чувствительности г = АИР = (3±1)104 А/Вт. Измеренная величина ЫЕР = (8±5)1015Вт/Гц|/2 была близка к теоретической величине №Р = 8-Ю'15 Вт/Гц"2, оцененной согласно резисгивной модели с учетом тепловых флуктуаций. Динамический

диапазон частотно-селективного отклика по 1дБ критерию составил 51 дБ. Динамический диапазон широкополосного отклика составил 61 дБ по 1дБ критерию.

Достигнутый уровень динамического диапазона дает возможность проводить быстрые спектральные измерения с частотно-селективным джозефсоновским детектором в частотной полосе АР = 106Гц с отношением сигнал/шум г 102, а с широкополосным детектором в той же полосе с соотношением сигнал/шум = 103. Таким образом, джозефсоновский детектор может оказаться весьма перспективным при работе с импульсными источниками электромагнитного излучения.

В разделе 6.6 рассмотрено квазиклассическое детектирование излучения ВТСП переходами. Частотно-селективное джозефсоновское детектирование, как показано в главе 5.3, ограничено по частоте снизу значением 1\~(Щ4с А57]. Это обстоятельство означает, что при меньших частотах ширина джозефсоновской генерации <5/ становится больше частоты / джозефсоновской генерации и спектр джозефсоновской генерации имеет вид сплошного шумового спектра с обрезанием на частотах порядка fc=2eIí:R¿h [13]. Если частоты внешнего излучения будут меньше //, то механизм детектирования не будет частотно-селективным, а примет характер классического детектирования с независящей от частоты эффективностью. Этот механизм использовался соискателем ранее для реализации высокочувствительного детектора миллиметрового диапазона при реализации на высокоомных джозефсоновских переходах из низкотемпературных сверхпроводников [14]. С повышением /СА, до 8 мВ у разработанных ВТСП переходов появляется возможность продвинуть область классического джозефсоновского детектирования в терагерцовый диапазон. Экспериментально показано, что для УВагСизО?.* бикрисгаллического перехода со взаимнонаклоненными осями с (/с/?„ = 2.8 мВ, = 23 Ом, Т = 40 К) отклики ДК(К) на частоты от 0.145 ТГц до 0.404 ТГц практически совпадают по зависимости от напряжения V и пропорциональны второй производной &УШ2 как функции напряжения V [А70]. Такая

зависимость откликов от напряжения свидетельствует о классическом механизме детектирования. Только отклики на более высокую частоту 0.762 ТГц демонстрирует частотно-селективный механизм с переворотом фазы отклика при напряжении К=Ь/72е. Величина У/ для данного перехода была оценена в 0,45 ТГц и может быть увеличена при оптимизации высокоомных ВТСП переходов для данного использования.

Численные оценки предельных детекторных характеристик были проведены для переходов, описывающихся резистивной моделью и имеющих высокие величины характерных напряжений и сопротивлений [А70], [А74], [А78]. Из оценок следует, что джозефсоновский детектор, выполненный на основе ВТСП перехода с ]СЯ„ = 5 мВ, = 300 Ом при Т = 30 К и работающий при напряжении У = 0,3 мВ , может иметь величины ЫЕР лучше, чем 2- 10"14 Вт/Гц"2, в диапазоне частот отОдо ¡,8 ТГц.

Такой широкополосный и чувствительный детектор может быть использован для пассивной визуализации теплового излучения в терагерцовом диапазоне. На его основе можно будет создать Ш-решетки, поскольку отклик таких переходов, в отличие от частотно-селективных детекторов, менее чувствителен к вариациям смещения в решетки. Такой квазиклассический джозефсоновский детектор требует рабочих температур около 30-40К, что достижимо с помощью использовавшихся криоохладителей Стерлинга.

Глава 7 содержит результаты по гильберт-спектроскопии на основе ВТСП переходов. В разделе 7.1 описываются созданные макеты гильберт-спектрометров, созданных на основе разработанных ВТСП переходов. Гильберт-спектрометр должен содержать систему согласования с тем, чтобы передать электромагнитный сигнал к джозефсоновскому переходу, собственно джозефсоновский переход, расположенный в криогенном блоке с соответствующей системой охлаждения, систему электронного обеспечения измерений с блоком аналоговой электроники задания постоянного смещения и регистрации данных, систему контроля и сбора данных и, наконец, компьютеризированную систему обработки данных.

Джозефсоновский переход в гильберт-спектрометре интегрирован с широкополосной логпериодической волнообразной антенной, изготовленной из благородных металлов (см. рис. 10). Подложка с джозефсоновским переходом и антенной устанавливается на медном держателе, закрепленном на охлаждаемой платформе криогенного блока, причем над переходом закрепляется гиперполусферическая кремниевая линза. Простейшим криогенным блоком для гильберт-спектрометра является заливной криосгат с жидким гелием и/или жидким азотом. Фотография лабораторного образца гильберт-спектрометра общего назначения с использованием заливного криостата с оптическим входом представлена на рис.30 (слева) [А42]. Лабораторный образец содержит следующие основные блоки:

Рис. 18. Макеты Гильберт спектрометров: слева - с оптическим криостатом [А41], [А42], [А54]; справа - с криохладителем SL200 (AIM IR Module GmbH) [А45], [А46],[А48], [А52].

основной объема для жидкого гелия или азота с криогенной поверхностью в вакууме, с дополнительным объемом для жидкого азота охлаждающим радиационный экран, низкотемпературный предусилитель на азотном экране, электронной блок при комнатной температуре, синхронный детектор с интегрированной системой сбора данных и персонального компьютера. Излучение фокусируется на кремниевую гиперполусферическую линзу через полиэтиленовой окно и охлаждаемый до температуры жидкого азота низкочастотный инфракрасный фильтр.

Необходимость использования криогенных жидкостей для глубокого охлаждения чаще всего представляется основным препятствием для широкого коммерческого применения устройств сверхпроводниковой электроники, хотя уже довольно значительное время активно и успешно используются системы охлаждения без криогенных жидкостей -криоохлацители, использующие различные термодинамические циклы и электрические компрессоры для сжатия рабочих газов, обычно гелия [45]. Еще в 1998 году нами был разработан и испытан лабораторный макет гильберт-спектрометра на основе криоохладителя SL200 (AIM IR Modale GmbH), работающего по принципу цикла Стирлинга [А45], [А46], [А48], [А52]. Его фотография представлена на рис. 18 справа. Рабочие температуры джозефсоновского перехода в этой модели гильберт-спектрометра могли варьироваться в интервале от 30 до 90 К изменением электрической мощности компрессора. В последнее время, нами используется модель LSF9589 (Thaïes Cryogenics B.V.), имеющая приблизительно те же величины входной электрической и охлаждающей мощности, но более легкая, компактная и менее шумная. Детали использования криохладителей SL200 и LSF9589 в макетах гильберт-спектрометров приведены в работах [А82], [А84]. Критическими пунктами успешной интеграции ВТСП джозефсоновских переходов в криоохладители Стирлинга являются следующие: эффективная экранировка переменного магнитного поля компрессора экранами из пермаллоя, а также эффективное охлаждение компрессора с помощью радиаторов и обдува воздухом.

Раздел 7.2 содержит примеры использования гильберт-спектроскопии для спектрального анализа полихроматических источников. С помощью гильберт-спектроскопии проведены измерения и оптимизация выходных спектров излучения коммерческих генераторов в субтерагерцовом и терагерцовом диапазонах [А36], [А37], [А45], [А48], [А59], [А78], [А81], [А82], [А84]. С помощью специально разработанного гильберт-спектрометра для импульсных измерений были выполнены быстрые измерения спектров излучения импульсного генератора Ганна [А59], [А68]. Временные осциллограммы отклика спектрометра и окна интегрирования электронной схемы приведена на рис. 19а. Длительность и частота повторения импульсов излучения от генератора Ганна составляли

Частота (ГГц)

Рис 19. Гильберт-спектроскопия выходного излучения импульсного генератора Ганна: слева - осциллограммы отклика гильберт-спектрометра (верхняя кривая) и окна интегрирования (нижняя кривая), справа - спектр излучения генератора Ганна, полученный гильберт-спеюроскопией за 7 миллисекунд [А59].

200 не и 1 МГц, соответственно. При измерениях с окном интегрирования, приведенном на осциллограмме слева, был достигнут динамический диапазон по мощности более 28 дБ. Спектр выходного излучения генератора Ганна, содержащий 512 измерительных точек, был получен в течение 7 миллисекунд (рис. 196). Измерения были выполнены с помощью сориентированного джозефсоновского перехода с характерным напряжением ЛЛ, =315 мкВ и Я„ = 0,85 Ом при температуре Т = 77 К. Спектральное разрешение в 9 ГГц соответствует естественной ширине линии генерации при условиях измерения. Эти данные свидетельствуют о том, что гильберт-спектрометр может быть с успехом использован для спектрального анализа импульсных источников излучения.

Высокая скорость измерения гильберт-спектроскопии позволяет быстро и достаточно полно характеризовать источники, работающие по принципу умножения частоты, в области ТГц частот, где традиционные анализаторы спектра не работают. Так, были измерены спектры излучения коммерческих умножителей частоты, в котором микроволновый сигнал преобразовывался в полихроматическое излучение с частотами до 350 ГГц [А36], [А37]. Гильберт-спектроскопия позволяет оценить эффективность присутствия гармоник высшего порядка в источниках излучения и эта возможность использовалась нами при разработках синтезированного полихроматического источника для идентификации жидкостей [А82], [А84]. Результаты спектрального анализа умножителей частоты представлены на рис. 20. Исследовались многокаскадные умножители на основе диодов Шоттки, на вход которых подавалось излучение с частотой /¡„ от микроволнового синтезатора. Частота/„ умножалась сначала с помощью активных каскадов х2 и затем хЗ для того, чтобы получить излучение XV -диапазона (рис. 20а). Это излучение в свою очередь служило входным излучение для пассивного умножителя хЗ, на выходе которого достигались частоты в несколько сотен ГГц (рис.206). Спектры выходных излучений умножителей хб и х18 измерялись гильберт-спектрометром для каждой входной частоты/„ в диапазоне от 9 до 21 ГГц с шагом 0,05 ГГц. Каждое из измерений занимало время от единиц до долей секунд и полная характеризация одного умножителя занимала около 30 минут, из которых большая часть времени уходила на ручную установку частоты синтезатора и сохранение данных измерений на компьютере. Из рис. 20а следует, что выходное излучение является монохроматическим с /0,„ = 6х/,„ только при частотах в диапазоне входных частот от 15 до 19 ГГц. Вне этого диапазона /¡„, выходное излучение содержит как частотные компоненты с п = 8, 10, 12 при /¡„ от 9 до 14 ГГц, так и компоненты п = 3, 4, 5 приот 19 до 21 ГГц. Аналогичная картина наблюдается

40 60 80 100 120 140 1(50 Выходам частота (ГГц)

Выходная частота (ГГц)

Рис. 20. Спектры S(faul, f¡„) выходного излучения умножителей частоты с номинальным коэффициентом п = 6 (а) и п = 18 (б), измеренные гильберт-спектрометром [А82], [А84].

и на рис. 206 для умножителя с номинальным п = 18. Кроме основной компоненты, в спектре наблюдаются компоненты с п = 20, 22, 24 ... 30 и даже следы нечетных компонент с п = 19, 21, 23 для низких, от 9 до 15 ГГц, частот /,„. И только при частотах /„от 15 до 18 ГГц выходной спектр умножителя становится монохроматическим.

Кроме умножителей частоты, преобразующих частоту вверх, в терагерцовом диапазоне используются газовые лазеры с оптической накачкой, преобразующие частоту вниз. Известно, что спектры излучения газовых лазеров с оптической накачкой могут содержать несколько линий, соответствующих различным вращательным переходам, индуцируемым » газе одной линией накачки [10]. Благодаря этому обстоятельству для достижения режима работы лазера с единичной линией излучения требуется высокоточная регулировка длины кюветы лазера. Для спектрального анализа лазерного излучения был использован гильберт-спектрометр на основе джозефсоновского перехода с

взаимнонаклоненными осями с с Я„=2,7 Ом и 1Д„=2,5 мВ при температуре 55 К. Время сканирования частотного интервала от нуля до 3 ТГц составляло две секунды. Длины кюветы субмиллиметрового лазера изменялись и измерялись

соответствующие спектры выходного излучения. Один из измеренных спектров показан на рис. 21 [А62]. Он содержит три линии с частотами 1.48, 1.76 и 2.52 ТГц. Частоты этих линий находятся в соответствии с известными частотами линий СНзОН лазера с использованием линии 9Р36 СОг-лазера в качестве сигнала накачки. После регулировки длины лазерной кюветы и контроля спектра лазерного излучения гильберт-спектрометром оказалось возможным реализовать работу лазера с одной линией излучения. Гильберт-спектроскопия может быть перспективной при исследованиях импульсных терагерцовых источников излучения, где в настоящие время используются громоздкие и медленные интерференционные

устройства, типа Фурье спектрометров или Фабри-Перо резонаторов.

Раздел 7.3 посвящен измерению спектров переходного излучения от электронных сгустков в ускорителях электронов. Разработанные гильберт-спектрометры использовались для диагностики размеров сгустков в ускорителях электронов [А41], [А42], [А52]. Основной тенденцией в разработке новых ускорителей электронов является формирование все более высокоэнергетичных и компактных электронных сгустков, по времени пролета соответствующих субпикосекундной области ( [46], стр 531). Один из методов диагностики размеров сгустка базируется на технике частотного разрешения и анализа электромагнитного излучения, сопровождающего движение сгустка. Обычно использовались решеточная спектроскопия и фурье-спектроскопия в дальней инфракрасной области. Схема измерений с частотным разрешением показана на рис. 22а. Сгусток, содержащий N электронов, проходит через тонкую алюминиевую фольгу, размещенную под углом 45° относительно направления движения сгустка. Переходное излучение в этом случае испускается как вдоль направления движения сгустка, так и в перпендикулярном направлении. Эта вторая компонента излучения

642-О--2-4-

(а)

0 2 4

Напряжение (мВ)

1 2 Частота (ТГц)

Рис. 21. Измеренная функция отклика Н(У) на излучение лазера СНзОН лазера с накачкой линией 9Р36 СОг лазера (а) и спектр излучения, полученный с помощью гильберт-спектроскопии (б) [А62].

извлекается через окно из вакуумной камеры ускорителя и анализируется с помощью спектрометра. В коротковолновом пределе, когда длины волн излучения много меньше, чем размера сгустка полученный спектр оказывается по интенсивности просто в N раз больше, чем спектр ¡¡(л) излучения от одного электрона. В обратном, длинноволновом пределе амплитуда электромагнитного излучения, испускаемого одним электроном, оказывается в фазе с амплитудами излучения других электронов сгустка, и вследствие усиливающего эффекта интерференции суммарная интенсивность в Ы2 раз превышает интенсивность ¡¡(Я) .

Сгусток электронов

Фольга из алюминия

(а)

Гильберт спектрометр

Переходное излучение

100 125 150 175 200 225 250

Частота (ГГц)

Рис. 22. Схема частотных измерений продольного пространственного распределения заряда в релятивистских электронных сгустках (а), и спектр переходного излучения, измеренный гильберт-спектроскопией (квадраты), в сравнении со гауссовым спектром с шириной сTf- 92 ГГц (штриховая линия), рассчитанным для сгустка гауссовой формы с длиной ст2 = с/(2л 21/2cjf) = 0,4 мм (б) [А41].

Первые измерения длины электронного сгустка с помощью гильберт-спектроскопии были проведены на экспериментальном линейном ускорителе TESLA (DESY, Гамбург, ФРГ) в 1997г. [А41], [А42]. Полученный спектр показан на рис. 22а. При анализе результатов измерений, полученных методом гильберт-спектроскопии, предполагалось, что плотность электронного сгустка имеет гауссову форму распределения. Рассчитанная при этом предположении и с учетом подгоночного параметра зависимость интенсивности переходного излучения от частоты, также имеющая гауссову форму, показана на рис. 226 штриховой линией. Среднеквадратичное значение подгоночного параметра су (имеющего размерность частоты) определяет среднеквадратичное значение длины o¿ электронного сгустка: ££=с/(2л2"2g¡). Подгоночный параметр a¡ оказался равным (92 ± 24) ГГц, что соответствует длине сгустка о, = (0,4 ± 0,1) мм.

Раздел 7.4 содержит результаты разработки гильберт-спектрометра с использованием ртутной лампы. Ртутные лампы высокого давления являются общепринятым широкополосным источником электромагнитного излучения в спектроскопии дальнего инфракрасного диапазона [20]. Именно с этим источником были проведены спектральные измерения пропускания и поглощения терагерцового излучения у твердотельных образцов и газообразных сред с использованием гильберт-спектроскопии [А54], [А67]. В этих измерениях был использован гильберт-спектрометр с оптическим криостатом, описанный в разделе 3.4. Дополнительно использовались газовая кювета длиной 25см с фокусирующим параболическими зеркалами, механический модулятор и 200-ваттная ртутная лампа высокого давления. Измерения были проведены с с-ориентированным переходом с величинами R„ = 3 Ом и /<Д, = 1 мВ при температуре 50 К. Спектр поглощения паров метанола, использованного в этих экспериментах при давлении 150 мбар, (рис.236) содержит

Частота (ГГц) Частота (ГГц)

Рис. 23. Спектры поглощения в парах метанола (а) и пропускания толстого сеточного фильтра с периодом 0,5 мм (б), измеренные гильберт-спектроскопией [А54], [А67].

200

300 400 500 600 700 800

большое количество близко расположенных спектральных линий, которые было сложно разделить при разрешении порядка 10 ГГц. Спектры поглощения в экспериментах качественно изменялись при замещении паров метанола парами ацетона, которые поглощают сильнее на низких частотах [А78].

С помощью гильберт-спекгроскопии были изучены спектры пропускания ячеистых фильтров или толстых металлических сеток [А54]. Такой фильтр (см. вставку на рис. 23а) содержит двумерную решетку квадратных отверстий с длиной порядка поперечного размера отверстия. Для электромагнитного излучения каждое отверстие представляет собой короткий металлический волновод, так что при относительно малых частотах ожидалось уменьшение пропускания по экспоненциальному закону. Именно эту экспоненциальную зависимость продемонстрировали эксперименты по измерениям спектров пропускания, и один из измеренных спектров показан на рис. 23а.

Подобные фильтры с периодами 2; 1,4; 1; 0,7 и 0,5 мм были использованы в Гильберт спектроскопии для оптимальной фильтрации низкочастотных частей спектра при работе с непрерывными источниками излучения [А67]. Спектральные компоненты широкополосного излучения с частотами, меньшими низкочастотного предела // джозефсоновской генерации (раздел 5.5), будут детектироваться по классическому механизму и дадут значительный паразитный вклад в спектр [А67]. Поэтому, оптимальная фильтрация низкочастотного излучения, например, с помощью фильтров, выполненных из толстых металлических сеток и имеющих экспоненциальный закон убывания пропускания с понижением частоты, является необходимым условием правильного использования Гильберт спектроскопии.

В разделе 7.5 представлены результаты по идентификация жидкостей с помощью гильберт-спекгроскопии. Организации, занимающиеся проблемами безопасности на транспорте, заинтересованы в разработке устройств, которые, в дополнение к имеющимся рентгеновским детекторам и обнаружителям металла, могли бы находить и идентифицировать в ручной клади те жидкости, которые потенциально могут быть использованы для приготовления взрывчатых веществ. Характерное время, затрачиваемое на пассажира в часы пик при контроле безопасности составляет сейчас около 20 секунд, поэтому новые устройства должны обеспечивать надежную, с малым процентом ошибочных срабатываний, идентификацию за времена, меньшие 10 секунд.

Среди различных методов обнаружения опасных веществ, методы, основанные на использование электромагнитных волн, считаются одними из наиболее перспективными[19].

Для надежной идентификации жидкостей соискателем было предложено использовать спектроскопические измерения в частотном диапазоне, где жидкости имеют характерные дисперсии своих диэлектрических функций [А78], [А80]. Такая дисперсия проявляется в спектрах отражения жидкостей, и разница между спектрами жидкостей в области дисперсии весьма значительная, за исключением разницы между данными для воды и перекиси водорода, которая составляет несколько процентов. Поэтому спектральная методика должна иметь сигнал/шум лучше, чем 100, при времени измерений порядка единиц секунд. Спектральный диапазон дисперсии в опасных жидкостях составляет от единиц гигагерц до единиц терагерц и ни одной стандартной спектроскопической методикой не перекрывается. Только гильберт-спектроскопия с использованием ВТСП переходов показала работоспособность в этом диапазоне (см. раздел 6.3) [А78].

Частота (ГГц)

Рис. 24. Макет установки для измерения Рис 25 Спектры полихроматического спектров отражения от жидкостей с излучения> отраженного от металлического использованием гильберт-спектрометра зеркала и различных жидкостей внутри [А84], тефлонового контейнера [А82].

Фото одного из макетов экспериментальной установки для измерения спектров отражения представлено на рис. 24. В данном макете использовался гильберт-спектрометр, интегрированный в криоохладитель LSF9589, показанный справа на рис. 24. Полихроматический источник излучения с частотами от 15 до 400 ГГц был выполнен из двух умножителей частоты (слева), выходные излучения которых совмещались и направлялись с помощью эллиптического зеркала на сосуд с жидкостью. Второе эллиптическое зеркало направляло излучение, отраженное от сосуда с жидкостью, на Гильберт спектрометр. Излучение от источника модулировалось с частотой 50 кГц, а соответствующие отклики спектрометра детектировались синхродетектором и измерялись системой сбора данных как функции напряжения на переходе. Постоянные времени г синхродетектора были в диапазоне от 1 мс до 10 мкс, что давало общее время измерения спектра от 5 секунд до 50 миллисекунд [А82], [А84].

Для того, чтобы получить спектральную чувствительность Гильберт спектрометра в диапазоне от 15 до 400 ГГц, джозефсоновские переходы выбирались с относительно малыми характерными напряжениями в 100 - 250 мкВ и сопротивлениями R„ = 0.2 - 0.5 Ом при температурах 75-80 К. Тестировались различные контейнеры из пластика или стекла и было установлено, что материал и форма контейнера оказывают влияние на измеряемые спектры. Поэтому все исследуемые жидкости наливались последовательно в один тефлоновый контейнер с плоской отражающей поверхностью. Калибровка отражения осуществлялась постановкой металлического зеркала внутрь тефлонового контейнера. Результаты измерений представлены на рис. 25. Когда металлическое зеркало заменялось водой, интенсивность всех 5 пиков заметно падала, но низкочастотные компоненты (15.3 GHz-, 30.6 GHz- and 91.8 GHz) падали в 1,4-2 раза, а высокочастотные (282 и 376 GHz) - падали почти на порядок. Для других жидкостей изменения в отражении было еще более значительное и специфичное

для каждой жидкости. Мощности спектральных компонент в выходном излучении источника выбирались так, чтобы они были в пределах динамического диапазона джозефсоновского детектора, что по оценкам [А82], [А84] должно составлять 40 дБ и 30 дБ для г синхродетектора 1 мс и 10 мкс, соответственно. Как следует из рис. 25, уровни мощности находятся внутри динамического диапазона, поскольку отклики на вторых гармониках основных частот отсутствуют.

Первые эксперименты показывают, что даже при 4 основных частотах от 15 до 300 ГГц можно с помощью Гильберт спектроскопии идентифицировать жидкости за время порядка одной секунды. Такие полихроматические измерения более надежны при идентификации по сравнению со стандартными одночастотными измерениями только на низких (s 1 ГГц) частотах. Отношение сигнал/шум в данных экспериментах по отражению превышало 2-102, что позволяет разрешить разницу в отражении от воды и перекиси водорода.

Недавно, с использованием частотно-селективного джозефсоновского детектирования нами были проведены прямые эксперименты по сравнению коэффициентов отражения от воды и 30% раствора перекиси водорода в воде и достигнута точность измерений 0,3%. С помощью джозефсоновской спектроскопии была продемонстрирована разница в 1,7% в коэффициентах отражения от воды и 30% раствора перекиси водорода в воде при частотах около 300 ГГц [67]. При этих измерениях времена измерений спектров составляли несколько секунд.

Для сравнения приведем результат подобных измерений, проведенных недавно с помощью терагерцовой спектроскопии временного разрешения. При использовании этой стандартной спектроскопической методики не было выявлено никакой разницы в спектрах отражения от воды и 30% раствора перекиси водорода в воде [68]. Спектры в такой спектроскопии измерялись за несколько минут, а достигнутая точность измерений составляла несколько процентов.

В разделе 7.6 приведены выводы по главе 7.

В заключении приведены основные результаты диссертации, выносимые на защиту, и указываются перспективы дальнейших детекторных и спектроскопических применений джозефсоновских переходов. Диссертация завершается списками опубликованных работ и использованной литературы, а также благодарностями.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах: AI. Дивин, Ю.Я. Реальная аппаратная функция решеточного монохроматора/ Ю.Я. Дивин, О.Ю. Полянский, А.Я. Шульман // Оптика и спектроскопия,- 1979.- Т.47.- Вып.1.- С. 170-181.

А2. Дивин, Ю.Я. Спектроскопия некогерентного излучения с помощью эффекта Джозефсона/ Ю.Я. Дивин, О.Ю. Полянский, А.Я. Шульман // Письма в Журнал технической физики,- 1980,-Т.6.- Вып.17.-С. 1056-1061. A3. А.С.730065, МКИ G 01 J 3/28. Спектрометр миллиметрового, субмиллиметрового и инфракрасного диапазонов / Ю.Я. Дивин, О.Ю. Полянский О.Ю., А.Я. Шульман (СССР).- № 2639130/18-25; заявл. 06.07.1978; опубл. 23.06.1981; Бюл. №23,- 4 е.: ил. A4. A.c. 881538, МКИ G 01 J 3/28. Способ измерения спектрального распределения интенсивности излучения / Ю.Я. Дивин, О.Ю. Полянский, А.Я. Шульман А.Я. (СССР).-№ 2639129/18-25; заявл. 06.07.1978; опубл. 15.11.1981; Бюл. №42,- 4 е.: ил,- Пат. 4287418 США, МПК G01J3/28. Method for measuring the spectral distribution of electromagnetic radiation intensity and spectrometer of millimetric and far-infrared ranges for effecting same // J.Y. Divin, O.J. Polyansky, А.У. Shulman. № 06/052688; Опубл. 01.09.1981,- 12c. : ил.

A5. Divin, Yu.Ya. Incoherent radiation spectroscopy based on ac Josephson effect/ Yu.Ya. Divin, O.Yu. Polyanski, A.Ya. Schul'man // IEEE Transactions on Magnetics.- 1983.- V.25.- No.2.-P.613-615.

А6. Дивин, Ю.Я. О ширине линии линии джозефсоновской генерации в дальнем инфракрасном диапазоне/ Ю.Я. Дивин, Н.А. Мордовец // Письма в Журнал технической физики.-1983.- Т.9.- С. 253-255.

А7. А.с. 1099304, МКИ G 02 В 7/18. Устройство для юстировки оптических элементов // Ю.Я. Дивин, Н.А. Мордовец (СССР).- № 3548117/18-10; заявл. 02.02.1983; опубл. 23.06.1984;Бюл.№23-4е.: ил.

А8. Hansen, J.B., Full splitting of the first zero-field steps in the I-V curve of Josephson junctions of intermediate length/ J.B. Hansen, Yu.Ya. Divin, J. Mygind // Physical Review В.- 1986.-V.33- No. 1,- P.605-607.

A9. Губанков, B.H. Особенности взаимодействия электромагнитно о излучения миллиметрового диапазона длин волн с тонкими пленками YBaCuO/ B.H. Губанков, Ю.Я. Дивин, С.Г. Зыбцев, П.М. Шадрин, Р.Н. Шефталь // Письма в Журнал техической физики,- 1988,- Т. 14,- №8,- С.753-756.

А10. Afanasyev, A.S. Response of YBaCuO thin films to electromagnetic radiation and their electrical characteristics/ A.S. Afanasyev, A.F. Volkov, V.N. Gubankov, Yu.Ya. Divin, P.M. Shadrin П IEEE Transactions on Magnetics.- 1989,- V.25.- No.2.- P.2571-2574.

All. Афанасьев, А.С. Размерные эффекты в электропроводности тонкопленочных мостиков из высокотемпературных сверхпроводников/ А.С. Афанасьев, А.Ф. Волков, В.Н. Губанков, Ю.Я. Дивин, П.М. Шадрин // Физика низких температур.- 1989,- Т.15,- №3.-С.322-325.

А12. Афанасьев, А.С. Размерные эффекты в электропроводности тонкопленочных мостиков из высокотемпературных сверхпроводников/ А.С. Афанасьев, В.Н. Губанков, Ю.Я. Дивин, П.М. Шадрин// Письма в ЖЭТФ,- 1989,-Т.49,-№12,-С.674-677

А13. Gubankov, V.N. AC Josephson effect in high-7"c polycrystalline thin-film bridges / V.N. Gubankov, Yu.Ya. Divin, I.M. Kotelyanskii, V.B. Kravchenko // IEEE Transactions on Magnetics.-1991,-V.27.-No.2.-P. 2840-2843.

A14. Afanasyev, A.S. Size effects in electrical behavior of high-7"c thin-film bridges / A.S. Afanasyev, V.N. Gubankov, Yu.Ya. Divin // IEEE Transactions on on Magnetics.- 1991,-V.27.-No.2.-P.3312-3315.

A15. Divin, Yu.Ya. Laser probing of high-?,, superconducting thin films/ Yu.Ya. Divin, F. Ya. Nad', V.Ya. Pokrovskii, P.M. Shadrin II IEEE Transactions on Magnetics.- 1991.- V.27.- No.2.- P. 1101-1104.

A16. A.c.1693399, МКИ G01J5/50. Способ измерения пространственного распределения интенсивности электромагнитного излучения / Ю.Я. Дивин (СССР).- №4036988/25; заявл. 18.03.1986; опубл. 23.11.1991; Бюл. №43,- 4 е.: ил.).- Пат. 5123733 США, МПК G01J1/00. Method for measuring the spatial distribution of electromagnetic radiation intensity / J.Y. Divin.-№460348; огтубл. 23.06.1992,- 9c.: ил.

A17. Дивин, Ю.Я. Джозефсоновские туннельные переходы с малой плотностью тока на основе гетероэпитаксиальныхслоев нитрида ниобия/ Ю.Я. Дивин, Р.Л. Зеленкевич, Комашко, В.Л. Носков, В.В. Павловский // Письма в ЖТФ,- 1991,- Т.17.- №13,- С.32-36.

А18. Divin, Yu.Ya. Percolation and Josephson effects in high-Гс polycrystalline thin films / Yu.Ya. Divin, V.N. Gubankov // Superconducting devices and their applications. Springer proceedings in physics, Ed. H.Koch, H. LObbig, Springer Veriag., Berlin.- 1992,- V.64.- P.66-70.

A19. Гельбух, C.C. Джозефсоновские туннельные переходы на (110) поверхности монокристалла ниобия с естественным барьером из оксида ниобия/ С.С. Гельбух, Ю.Я. Дивин, В.И. Петросян // Письма в ЖТФ,- 1992,- Т. 18,- С.23-26.

А20. А.с. 1785056, МКИ H01L39/22. Сверхпроводящее электронное устройство и способ его изготовления. / В.Н. Губанков В.Н., Ю.Я. Дивин, И.М. Котелянский, В.Б. Кравченко (СССР).- № 4862007/25; заявл. 04.09.90; опубл. 30.12.92, Бюл. № 48,- 5 е.: ил.

А21. Divin, Yu.Ya. Josephson oscillations and noise temperatures in YBajC^Cb.» grain-boundary junctions/ Yu.Ya. Divin, J. Mygind, N.F. Pedersen, P. Chaudhari // Applied Physics Letters.-1992,- V.61.-N0.25.- P.3053-3055.

A22. Divin, Y.Y. Linewidth of Josephson oscillations in УВа2Сиз07.х step-edge grain-boundary junctions/ Y.Y. Divin, A.V. Andreev, A.I. Braginski, G.M. Fischer, K. Herrmann, J. Mygind, N.F. Pedersen, M. Siegel // Future Directions of Nonlinear Dynamics in Physical and Biological Systems (NATO Advanced Science Institutes Series, Series В, Physics) - 1993.-V.312.-P. 343-346.

А23. Divin, Yu. Ya. Millimeter-wave Hilbert-transform spectrum analyzer based on Josephson junction/ Yu. Ya Divin, S. Y. Larkin, S. E. Anischenko, P. V. Khabaev, S. V. Korsunsky // International Journal of Infrared and Millimeter Waves.- 1993.- V.14.- N0.6.- P.1367-1373.

A24. Divin, Yu.Ya. Linewidth of Josephson radiation in YBaCuO grain-boundary junctions / Yu.Ya. Divin, J. Mygind, N.F. Pedersen, P. Chaudhari // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 1993,- V.3.- No.l.- P.2337-2340.

A25. Divin, Yu.Ya. Millimeter-wave response and linewidth of Josephson radiation in УВагСизО?. x step-edge junctions/ Yu.Ya. Divin, A.V. Andreev, G.M. Fischer, J. Mygind, N.F. Pedersen, K. Herrmann, V.N. Glyantsev, M. Siegel, A.I. Braginski II Applied Physics Letters.- 1993 -V.62.-N0.11.- P. 1295-1297.

A26. Andreev, A.V. Josephson effects in УВа2Сиз07.х grain boundary junctions on (001) NdGa03 bicrystal substrates/ A.V. Andreev, Yu.Ya. Divin, V.N. Gubankov, l.M. Kotelyanskii, V.B. Kravchenko, S.G. Zybtsev, E.A. Stepantsov//Physica C.- 1994,-V.226.-P. 17-22.

A27. Divin, Yu.Ya. Imaging of electrical inhomogeneities in YBa2Cu307.x thin film structures by room-temperature laser scanning microscopy / Yu.Ya. Divin, P.M. Shadrin // Physica C.-1994,- V.232- P.257-262.

A28. Fischer, G.M. Ac Josephson effect in YBa2Cu307.s bicrystal grain boundary junctions/ G.M. Fischer, A.V. Andreev, Yu.Ya. Divin, T. Freltoft, J. Mygind, N.F. Pedersen, Y. Shen, P. Vase II Physica В.-1994,- V. 194-196,- P. 1687-1688.

A29. Андреев, A.B. Детектирование микроволнового излучения тонкопленочными УВа2Сиз07-х микромостиками на бикристаллических подложках из NdGa03 / A.B. Андреев, Ю.Я. Дивин, В.Н. Губанков, И.М. Котелянский, В.Б. Кравченко, С.Г. Зыбцев, Е.А. Степанцов II Письма в Журнал Технической Физики - 1994,- Т.20,- Вып. 13 - С.24-27.

АЗО. Divin, Yu.Ya. Epitaxial YBa2Cu307-x thin films with tilted c-axis orientation / Yu.Ya Divin, U. Poppe, J.W. Seo, В. Kabius, К. Urban // Physica C.-1994,- V.235-240.- P.675-676

A32. Divin, Y.Y. УВа2Сиз07.х grain-boundary Josephson junctions for Hilbert-transform spectroscopy / Divin Y.Y., Poppe U., Schulz H., Klein N., Urban К., Stepantsov E .A. // Applied Superconductivity 1995. Proceedings of EUCAS 95. Ed.:D.Dew-Hughes, Inst, of Physics Conf. Ser. No.148,10P Publishing Ltd., Bristol & Philadelphia.- 1995,- V.2.- P.1645-1648,- ISBN 0 7503 0371 9.

A33. Divin, Y.Y. Laser scanning microscopy of electrical inhomogeneities in high-TV Josephson junctions / Y.Y. Divin, P.M. Shadrin // Applied Superconductivity 1995. Proceedings of EUCAS 95. Ed. :D.Dew-Hughes, Inst, of Physics Conf. Ser. No.148, IOP Publishing Ltd., Bristol & Philadelphia- 1995.- V.2.- P.I367-I370.- ISBN 0 7503 0371 9.

A34. Divin, Y.Y. УВа2Си307_х thin films with tilted c-axis as base electrodes of high-Tc planar junctions / Y.Y. Divin, U. Poppe, P.M. Shadrin, J.W. Seo, B.Kabius, K. Urban // Applied Superconductivity 1995. Proceedings of EUCAS 95. Ed.: D. Dew-Hughes, Inst, of Physics Conf. Ser. No.148, IOP Publishing Ltd., Bristol & Philadelphia.- 1995,- V.2.- P.1359-1362.-ISBN 0 7503 0371 9.

А35. Divin, Y.Y. YBa2Cu307-x thin-film Josephson junctions on 2x12" bicrystal (110) NdGa03 substrates/ Y.Y. Divin, H. Schulz, U. Poppe, N. Klein, К. Urban, P.M. Shadrin, I.M. Kotelyanskii, E.A. Stepantsov // Physica С,- 1996,- V.256.- No. 1-2,- P. 149-155. A36. Divin, Yu.Ya. Millimeter-wave Hilbert-transform spectroscopy with high-Tc Josephson junctions / Yu.Ya. Divin, H. Schulz, U. Poppe, N. Klein, К. Urban, V.V. Pavlovskii // Applied Physics Letters.- 1996,- V.68.- No.l 1,-P.1561-1563. A37. Divin, Y.Y. Hilbert-transform spectral analysis of millimeter- and submillimeter-wave radiation with high-7"c Josephson junctions / Y.Y. Divin, V.V. Pavlovskii, O.Y. Volkov, H. Schulz, U. Poppe, N. Klein, К. Urban. // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.-1997,- V.7.- No.2,- P.3426-3429. A38. Schulz, H. Fabrication and Characterization of УВа2Сиз07_, Grain-Boundary Josephson Junctions on (110) NdGa03 Bicrystal and Single-Twin Substrates/ H. Schulz, U. Poppe, N. Klein, K. Urban, Y.Y. Divin, I.M. Kotelyanskii // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 1997-V.7.-No.2.- P.3009-3012. A39. Divin, Y.Y. УВа2СизСЬ.х Josephson junctions on NdGa03 bicrystal substrates / Y.Y. Divin., I.M. Kotelyanskii, P.M. Shadrin, O.Y. Volkov, V.V. Shirotov, V.N. Gubankov, H. Schulz, U. Poppe. // Applied Superconductivity 1997. Proceedings of EUCAS 97. Ed.: H.Rogalla and D.H.A. Blank, Inst, of Physics Conf. Ser. No. 158, IOP Publishing Ltd., Bristol & Philadelphia- 1997,- V.l.- P.467-470.- ISBN 0 7503 0485 5. A40. Shadrin, P.M. Submicrometer electrical imaging of grain boundaries in high-Tc thin-film junctions by laser scanning microscopy/ P.M. Shadrin, Y.Y. Divin // Physica C.- 1998,-V.297.- P.69-74.

A4I. Divin, Y.Y. Terahertz Hilbert-transform spectral analysis with high-7"c Josephson junctions: first applications / Y.Y. Divin, O.Y. Volkov, V.V. Shirotov, V.V. Pavlovskii, U. Poppe, P. Schmueser, M. Tonutti, K. Hanke, M. Geitz. // Proceedings SPIE, Conf. Millimeter and submillimeter waves IV,- 1998.- V.3465 - P.309-317. A42. Divin, Y.Y. Hilbert-transform spectroscopy with high-TV Josephson junctions: first spectrometers and first applications / Y.Y. Divin, U. Poppe., К. Urban, O.Y. Volkov, V.V. Shirotov, V.V. Pavlovskii, P. Schmueser, K. Hanke, M. Geitz, M.Tonutti II IEEE Transactions on Applied Superconductivity.-1999,- V.9.- No.2.- P.3346-3349. A43. Shadrin, P.M. Comparative study of electron and laser beam scanning for local electrical chracterization of high-TV thin films and junctions / P.M. Shadrin, Y.Y. Divin, S. Keil, J. Martin, R.P. Huebener // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 1999,- V.9.-No.2.- P.3925-3928.

A44. Divin, Y.Y. Epitaxial (101) YBa2Cu307-x thin films on (103) NdGa03 bicrystal substrates / Y.Y. Divin, U. Poppe, C.L. Jia, J.W. Seo, V. Glyantsev// Applied Superconductivity 1999. Proceedings of EUCAS 1999, the 4ft European Conference on Applied Superconductivity, Sitges, Spain 14-17 September 1999, Ed. by X. Obradors, F. Sandiumenge and J. Fontcuberta, Inst, of Physics Conf. Ser. No.167, IOP Publishing Ltd., Bristol & Philadelphia.-2000,- V.2.- P. 29-32,- ISBN 0 7503 0746 3. A45. Volkov, O.Y. Far-infrared Hilbert-transform spectrometer based on Stirling cooler / O.Y. Volkov, V.V. Pavlovskii, Y.Y. Divin, U. Poppe // Applied Superconductivity 1999. Proceedings of EUCAS 1999, the 4th European Conference on Applied Superconductivity, Sitges, Spain 14-17 September 1999, Ed. by X. Obradors, F. Sandiumenge and J. Fontcuberta, Inst, of Physics Conf. Ser. No.167, IOP Publishing Ltd., Bristol & Philadelphia.-2000,- V.2.- P.623-626.- ISBN 0 7503 0746 3. A46. Divin, Y.Y. Frequency-selective incoherent detection of terahertz radiation by high-7'<. Josephson junctions / Y.Y. Divin, U. Poppe, O.Y. Volkov, V.V. Pavlovskii // Applied Physics Letters.- 2000,- V.76.- No.20.- P.2826-2828. A47. Пат. 19648234 ФРГ, МПК H01L39/24. Schichtenfolge mit wenigstens einer epitaktischen, nicht c-Achsen orientierten Schicht aus einer mit Hochtemperatursupraleitern kristallographisch vergleichbaren Struktur / Divin Y., Seo J., Poppe U.; заявитель и

патентообладатель Forschungszentrum Jülich.- № 09/091851; заявл. 06.22.98; опубл. 12.04.00,- Пат. 6156706 США, МПК В 32 В 18/00. Layer structure with an epitaxial, non-c-axis oriented HTSC thin film // Divin Y., Seo J., Poppe U.; заявитель и патентообладатель Forschungszentrum Jülich- № 09/091851; заявл. 18.12.1996; опубл. 05.12.2000- Пат. 0868753 ЕС, МПК В 32 С 30 В29/10. Layer sequence with at least one epitaxial, non-c-axis HTSC film or with a layer of a structure crystallographically comparable to HTSC / Divin Y., Seo J., Poppe U.; заявитель и патентообладатель Forschungszentrum Jülich.-№96946217; заявл. 18.12.1996; опубл. 05.12.2000.

A48. Divin, Y.Y. Terahertz spectral analysis by ac Josephson effect in high-7"c bicrystal junctions / Y.Y. Divin, O.Y. Volkov, V.V. Pavlovskii, U. Poppe, К. Urban // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2001.- V. 11.- No. 1.- P.582-585.

A49. Poppe, U. Properties of YBa2Cu307_x thin films deposited on substrates and bicrystals with vacinal offcut and realization of high /^„junctions / U. Poppe, Y.Y. Divin, M.I. Faley, C.L. Jia, J.S. Wu, K. Urban // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2001.- V.U.-No.l.- P.3768-3771.

A50. Shadrin, P.M. Spread of critical currents in thin-film YBa2Cu307-x bicrystal junctions / P.M. Shadrin, Y.Y. Divin // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2001.- V.ll-No.l.- P.414-417.

A51. Shirotov, V. Dynamic range of frequency-selective response of high-7"c Josephson detector to millimeter-wave radiation / V. Shirotov, Y.Y. Divin, К. Urban // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2001.- V. 11.- No. 1.- P.955-957.

A52. Divin, Y. Terahertz Hilbert spectroscopy by high-rc Josephson junctions/ Y. Divin, О. Volkov, V. Pavlovskii, V. Shirotov, P. Shadrin, U. Poppe, К. Urban // Advances in Solid State Physics.- Ed. B. Kramer (Springer, Berlin, Germany).- 2001.- V.41.- P. 301-313.

A53. Divin, Y.Y. Hilbert spectroscopy from gigahertz to terahertz frequencies by high-Tc Josephson junctions / Y.Y. Divin, O.Y. Volkov, M.V. Liatti, V.V. Shirotov, V.V. Pavlovskii, U. Poppe, P. M. Shadrin, K. Urban // Physica С,- 2002,- V.372.- P.416-419.

A54. Shirotov, V.V. Far-infrared broadband measurements with Hilbert spectroscopy / V.V. Shirotov, Y.Y. Divin, К. Urban // Physica C.- 2002,- V.372.- P.454-456.

A55. Shadrin, P. Spread of critical currents in thin-film УВа2Сиз07_* bicrystal junctions and faceting of grain boundary / Shadrin P., Jia C. L., Divin Y. // Physica С.- 2002,- V.372.-P.80-82.

A56. Divin, Y.Y. Structural and electrical properties of УВа2Сиз07.х [100]-tilt grain boundary Josephson junctions with large IcR„-product on SrTi03 bicrystals/ Y.Y. Divin, U. Poppe, C.L. Jia, P.M. Shadrin, K. Urban //Physica С,-2002,- V.372.-P.115-118.

AS8. Shadrin, P. Spread of critical currents in tliin-film УВа2Сиз07.х bicrystal junctions and faceting of grain boundary / P. Shadrin, C. L. Jia, Y. Divin // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2003.- V.13.- No.2.- P.603-605.

A59. Shirotov, V. Application of Hilbert spectroscopy to pulsed far-infrared radiation / V. Shirotov, Y. Divin, U. Poppe, H. Larue, E. Zimmermann, A. Ahmet, H. Hailing, К. Urban // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.-2003,- V.13.- No.2.- P. 172-175.

A60. Дивин, Ю.Я. Бикристаллические джозефсоновские переходы из с-ориентированных YBa2Cu307-x пленок для терагерцовой Гильберт-спектроскопии / Ю.Я. Дивин, И.М. Котелянский, В Н. Губанков // Радиотехника и электроника- 2003.- Т.48,- №10.-С. 1238-1249.

А61. Divin, Y.Y. [100]-tilt УВа2Сиз07.х grain- boundary Josephson junctions with high lcR„-product on NdGa03 bicrystal substrates / Y.Y. Divin, I.M. Kotelyanskii, P.M. Shadrin, C.L. Jia, U. Poppe, К. Urban // Applied Superconductivity 2003. Proc. 6th European Conf. Appl. Superconductivity, Sorrento, Italy, 14-16 Sept. 2003. 10P Conf. Series N 181.

Ed.:A.Andreone, G.P. Pepe, R. Cristiano and G. Masulo. ЮР Publishing (Bristol, Philadelphia).- 2004,-P.3112-3118,-ISBN 07503 09814.

A62. Divin, Y.Y. Terahertz Josephson effect in [001]- and [100]-tilt YBa2Cu307.x grain-boundary junctions / Y.Y. Divin, O.Y. Volkov, M.V. Liatti, V.N. Gubankov, K. Urban // Applied Superconductivity 2003. Proc. 6th European Conf. Appl. Superconductivity (Sorrento, Italy, 14-16 Sept. 2003), 10P Conf. Series N 181, ed.: A. Andreone et al., IOP Publishing (Bristol, Philadelphia).- 2004,- Р.2970-2977,- ISBN 07503 09814.

A63. Shadrin, P. Faceting of Grain Boundary and Critical Current in [001]-tilt УВа2Сиз07-х Bicrystal Junctions / P. Shadrin, C.L. Jia, Y. Divin // Applied Superconductivity 2003. Proc. 6th European Conf. Appl. Superconductivity, Sorrento, Italy, 14-16 Sept. 2003. IOP Conf. Series N 181. Ed.: A.Andreone, G.P. Pepe, R. Cristiano and G. Masulo. IOP Publishing (Bristol, Philadelphia).- 2004,- P. 3053-3058,- ISBN 07503 09814

A64. Liatti, M.V. Low-frequency noise in [001]- and [100]-tilt YBa2Cu307-x grain-boundary Josephson junctions / M.V. Liatti., Y.Y. Divin, V.N. Gubankov, K. Urban II Applied Superconductivity 2003. Proc. 6th European Conf. Appl. Superconductivity (Sorrento, Italy, 14-16 Sept. 2003), IOP Conf. Series N 181., ed.: A. Andreone et al., IOP Publishing (Bristol, Philadelphia).- 2004,- P. 3106-3111.- ISBN 07503 09814.

A65. Divin, Y.Y. Terahertz Josephson detectors and Hilbert spectroscopy / Y.Y. Divin, M.V. Liatti, V.V. Shirotov, U. Poppe, V.N. Gubankov, K. Urban // Conf. Digest of the 2004 Joint 29th Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, Germany, 2004 (ed. M. Thumm,W. Wiesbeck, IEEE, Piscataway, NJ).- 2004,- P.277-278.- ISBN: 0-7803-8490-3.

A66. Широтов, B.B. Частотно-селективный УВа2Сиз07.х джозефсоновский детектор: динамический диапазон по мощности в субтерагерцовом диапазоне частот / В.В. Широтов, Ю.Я. Дивин// Письма в ЖТФ,- 2004,- Т.ЗО,- №12- С.79-85.

А67. Широтов, В.В. Оптимальная фильтрация широкополосного излучения в Гильберт-спектроскопии / В.В. Широтов, Ю.Я. Дивин // Письма в ЖТФ,- 2004,- Т.ЗО.- №13,-С.59-64.

А68. Широтов, В.В. Частотно-селективный джозефсоновский детектор импульсного субтерагерцового излучения / В.В. Широтов, Ю.Я. Дивин // Радиотехника и электроника,- 2004,- Т.49.- № 9.- С. 1135-1139.

А69. Divin, Y.Y. Terahertz Detection and Spectroscopy Based on High-Г,; Josephson Junctions / Y.Y. Divin, M.V. Liatti, D.A. Tkachev, V.V. Pavlovskii, V.V. Shirotov, O.Y. Volkov, U. Poppe, C.L. Jia, V.N. Gubankov, K. Urban // Proc. 18Л Int. Conf. on Appl. Electromagnetics and Communications, Dubrovnik, Croatia, 12-14 October 2005 (Ed. D. Bonefacic, KoREMA, Zagreb, Croatia).- 2005,- P. 149-152,- ISBN: 953-6037-44-0.

A70. Divin, Y.Y. Classical and Josephson detection of terahertz radiation using YBa2Cu307.x [100]-tilt bicrystal junctions./ Y.Y. Divin, D.A. Tkachev, V.V. Pavlovskii, O.Y. Volkov, M.V. Liatti, V.N. Gubankov, K. Urban // Journal of Physics: Conference Series.- 2006,-V.43.-P. ¡322-1325

A71. Liatti, M. Effect of low-temperature ozone annealing on current-voltage characteristics and 1 If noise of УВа2Сиз07.х [100]-tilt bicrystal junctions / M. Liaüi, Y. Divin, U. Poppe, V. Gubankov, K. Urban //Journal of Physics: Conference Series.- 2006,- V.43.- P.1211-1214.

A72. Лятти, M.B. Сигнальные и шумовые характеристики терагерцового частотно-селективного джозефсоновского УВагСи307-х детектора / М.В. Лятти, Д.А. Ткачев, Ю.Я. Дивин // Письма в ЖТФ,- 2006,- Т.32,- №19,- С.79-85

А73. Liatti, M.V. Low-frequency voltage noise and electrical transport in [100]-tilt УВа2Сиз07.х grain-boundary junctions / M.V. Liatti, U. Poppe, Y.Y. Divin // Appl. Phys. Lett.- 2006,-V.88.- 152504 (3 Pages).

A74. Divin, Y.Y. Broadband THz detection by high-Ti Josephson junctions / Y.Y. Divin, V.V. Pavlovski, D.A. Tkachev, O.Y. Volkov, V.N. Gubankov, K. Urban // Conference Digest of the 2006 Joint 31st International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 14th

International Conference on Terahertz Electronics, Sept. 18-22, 2006 Shanghai, China (Eds. S. C. Shen etal.).-2006.-P. 345-345,-ISBN: 1-4244-0399-5.

A75. Divin, Y.Y. Josephson tunneling in [100]-tilt YBa2Cu307.x bicrystal junctions / Y.Y. Divin, M.V. Liatti, D.A.Tkachev, U. Poppe //Physica C.-2007,- V.460-462.- P. 1270-1271.

A76. Lyatti, M. Signal and noise characteristics of terahertz frequency-selective and broadband high-7^ Josephson detectors / M. Lyatti, Y. Divin, O. Volkov, V. Pavlovskii, V. Gubankov, K. Urban // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2007- V. 17,- No.2.- P.332-335.

A77. Lyatti, M.V. Electrical transport and noise properties of [100]-tilt YBa2Cu307.x grain-boundary junctions with high ICR„ product / M.V. Lyatti, U. Poppe, Y.Y. Divin // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2007,- V. 17.- No.2.- P. 314-317.

A78. Divin, Y. High-Tc Josephson Detectors and Hilbert Spectroscopy for Security Applications / Y. Divin, U. Poppe, V.N. Gubankov, K. Urban // IEEE Sensors J.- 2008. -V.8. - P.750-757.

A79. Divin, Y. Josephson spectroscopy of terahertz losses in [100]-tilt УВа2Сиз07.х bicrystal junctions / Y. Divin, M. Lyatti // J. of Phys.: Conf. Ser.- 2008 - V.97.- 012223 (6 pages).

A80. Divin, Y. Hilbert spectroscopy of liquids for security screening / Y. Divin, U. Poppe, K. Urban // Detection of liquid explosives and flammable agents in connection with terrorist actions (NATO Science for Peace and Security Series B, Springer Netherlands. Ed. H. Schubert, A. Kuznetsov).- 2008,- P. 189-204.

A81. Дивин, Ю.Я. Терагерцовая спектроскопия на основе джозефсоновских переходов из высокотемпературных сверхпроводников / Ю.Я. Дивин, У. Поппе, И.М. Котелянский, В.Н. Губанков, К. Урбан // Радиотехника и электроника.- 2008 - Т.53.- №.10,- С. 12051222.

А82. Lyatti, М. Liquid identification by Hilbert spectroscopy / M. Lyatti, Y. Divin, U. Poppe, K. Urban // Supercond. Sci. Technol.- 2009,- V.22. - 114005 (8 pages).

A83. Волков, О.Ю. Джозефсоновская адмитгансная спектроскопия характеристик логопериодической антенны в субмиллиметровом диапазоне длин волн / О.Ю. Волков, В.Н. Губанков, И.И. Гундарева, Ю.Я. Дивин, В.В.Павловский // Радиотехника и электроника,- 2009,-Т.54. - No.ll.- С.1381-1386.

А84. Divin, Y. Hilbert spectroscopy based on the ac Josephson effect for liquid identification / Y. Divin, M. Lyatti, U. Poppe, K. Urban // J. Phys.: Conf. Ser. -2010,- V.234.- 042005 (12 pages).

Список цитированной литературы

1. Giaever, I. Energy gap in superconductors measured by electron tunneling // Phys. Rev. Lett.-1960,- V.5.- P.147-148

2. Josephson, B. D. Possible new effects in superconductive tunneling // Phys. Lett.- 1962.- V.I.-P.251-253.

3. Zmuidzinas J., Richards P.L. Superconducting detectors and mixers for millimeter and submill¡meter astrophysics // Proc. IEEE.- 2004,- V.92.- P.1597-1616.

4. Kleiner, R. Superconducting quantum interference devices: state of the art and applications / R. Kleiner, D. Koelle, F. Kudwig, J. Clarke // Proc. IEEE.- 2004,- V.92.- P. 1534-1548.

5. Benz S.P., Hamilton C.A. Application of the Josephson effect to voltage metrology. // Proc. IEEE.- 2004,- V.92.- P.1617-1629.

6. Berggren, K.K. Quantum computing with superconductors // Proc. IEEE.- 2004,- V.92.-P. 1630-1638.

7. Hayakawa, H. Superconducting digital electronics/ H. Hayakawa, N. Yoshikawa, S. Yorozu, A. Fujimaki // Proc. IEEE.- 2004,- V.92.- No. 10,- P. 1549-1563.

8. Mukhanov, O.A. Superconductor analog-to-digital converters / O A. Mukhanov, D. Gupta, A.M. Kadin, V.K. Semenov // Proc. IEEE.- 2004,- V.92.- No. 10,- P.1564-1584.

9. Winkler, D. Superconducting analogue electronics for research and industry// Supercond.. Sci. Technol.- 2003,- V.16.- P.1583-1590.

10. Chantry, G. W. Submillimetre Spectroscopy// London and New York: Academic Press.-1971.

11. Koshelets, V. P. Superconducting phase-locked local oscillator for a submillimetre integrated receiver / V. P. Koshelets, S. V. Shitov, L. V. Filippenko, P. N. Dmitriev, A. B. Ermakov, A. S. Sobolev, M. Yu. Torgashin, A. L. Pankratov, V. V. Kurin, P. Yagoubov, R. A. Hoogeveen // Supercond. Sei. Technol.- 2004,- V.17.- S.127-131.

12. Tarasov, M, Terahertz spectroscopy with a Josephson oscillator and a SINIS bolometer / M. Tarasov, L. Kuz'rnin, E. Stepantsov, I. Agulo, A. Kalabukhov, M. Fominskii, Z. Ivanov, T. Claeson // JETP Lett.- 2004,- V. 79,- No. 6,- P. 298-303.

13. Лихарев K.K., Ульрих Б.Т. Системы с джозефсоновскими контактами // М.: МРУ,- 1978.

14. Дивин Ю.Я. Электрические и спектральные свойства сверхпроводящего точечного контакта и использование его в приемниках миллиметрового и субмиллиметрового излучения // Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. ИРЭ АН СССР, Москва - 1979.- 167 стр.

15. Волков А.Ф. Влияние импеданса внешней цепи на вольтамперную характеристику джозефсоновского перехода // Радиотехника и электроника,- 1972,- Т.17,- № 12- С. 2581-2583.

16. Дивин Ю.Я., Полянский О.Ю., Шульман А.Я. Спектроскопия некогерентного излучения с помощью эффекта Джозефсона// Письма в Журнал технической физики.- 1980,- Т.6.-Вып.17.- С. 1056-1061.

17. Woolard, D.L. Terahertz Frequency Sensing and Imaging: A Time of Reckoning Future Applications? / D.L. Woolard, E.R. Brown, M. Pepper, M. Kemp // Proc. IEEE.- 2005,- V.93.-No.l0.-P.I726-1743.

18. Tonouchi M. Cutting-edge terahertz technology// Nature Photonics.- 2007,- V.l.- P.97-105.

19. Assessment of Millimeter-Wave and Terahertz Technology for Detection and Identification of Concealed Explosives and Weapons // Washington, D.C.: The National Academies Press.-2007,- 88 pages.- ISBN: 0-309-66849-2. http://www.nap.edu/catalog/11826.html

20. Bednorz J. G., Müller К. A. Possible high-Tc superconductivity in the Ba-La-Cu-O system // Z. Phys. B: Condens.Matter.- 1986,- V.64.- P. 189-193.

21. Damascelli A,, Hussain Z., Shen Z.-X. Angle-resolved photoemission studies of the cuprate superconductors // Rev. Mod. Phys.- 2003,- V.75.- P. 473-541.

22. Дивин Ю.Я., Надь Ф.Я. Зависимость избыточного тока в сверхпроводящих точечных контактах от температуры и напряжения // Письма ЖЭТФ,- 1979,- Т.29.- Вып.9.- С.567-570.

23. Tarasov, М.А. Quasioptical Hilbert Transform Spectrometer/ M. A. Tarasov, A.Ya. Shul'man, G. V. Prokopenko, V. P. Koshelets, O. Yu. Polyanski, I. L. Lapitskaya, A. N. Vystavkin // IEEE Trans. Appl. Supercond.- 1995.- V.5.- P.2686-2689.

24. Hilgenkamp H., Mannhart J. Grain boundaries in high-7"c superconductors // Rev. Mod. Phys.-2002,- V.74.- P.485-549.

25. Golubov A.A., Kupriyanov M. Yu., Il'ichev E. The current-phase relation in Josephson junctions//Rev. Mod. Phys- 2004,- V.76.- P.412-469.

26. Poppe, U. Low-resistivity epitaxial YBajCu^O? thin films with improved microstructure and reduced microwave losses/ U. Poppe, N. Klein, U. Dähne, H. Soltner, C.L. Jia, B. Kabius, K. Urban, A. Lubig, K. Schmidt, S. Hensen, S.Orbacn, G. Müller, H. Piel. // J. Appl. Phys.-1992,- V.71.- P.5572-5578.

27. Mannhart, J. Spatially resolved observation of supercurrents across grain boundaries in YBaCuO film/ J. Mannhart, R. Gross, K. Hipler, R.P. Huebener, C.C. Tsuei, D. Dimos, P. Chaudhari // Science.- 1989,- V.245.- P. 839-841.

28. Gudoshnikov, S.A. Direct-coupled electronics for high-temperature superconductor de SQUID-based magnetometer/ S.A. Gudoshnikov, N. Ukhansky, I.I. Vengrus, L.V. Matveets, K.E. Andreev, O.V. Snigirev, S.I Krasnosvobodtsev // IEEE Trans. Instr. Meas.- 1997,- V.46.-P.624-628.

29. Friedmann, T.A. Direct measurements of the anisotropy of the resistivity in a-b plane of twin-free, single-crystal, superconducting YBaiCujOi^ / T.A. Friedmann, M.W. Rabin, J. Giapintzakis, J.P. Rice, D.M. Ginsberg// Phys.Rev. B.- 1990,- V.42.- P.6217-6221.

30. Czerwinka, P.S. Investigation of the in-plane anisotropy and the critical behaviour of the 10°-tilted YBa2Cu3C>7-s films grown upon (106) SrTiC>3 substrates / P.S. Czerwinka, R.P. Campion, K.F. Horbelt, P.J. Ring, S. Misat, S.M. Morley, H.-U. Habermeier, B. Leitbold// Physica C-1999,- V.324.- P.96-112.

31. Kornev, V.K. Spectral study of the Shapiro subharmonic step formation/ V.K. Kornev, A.V. Arzumanov, K.Y. Constantinian, A.D. Mashtakov, G.A. Ovsyannikov// Inst. Phys. Conf. Ser.-1997,- No. 158,- P. 559-562.

32. Fillipov A.T., Gal'pern Yu. S. Bound states, bifurcations and static chaos in Josephson lattices// Physics Lett. A.- 1993,- V.172.- P.471-474.

33. Stepantsov, E. THz Josephson properties of grain boundary YBaCuO junctions on symmetric, tilted bicrystal sapphire substrates/ E. Stepantsov, M. Tarasov, A. Kalabukhov, L. Kuzmin, T. Claeson // J. Appl. Phys.- 2004,- V.96.- P.3357-3361.

34. Ogawa, A. Properties of (Hg, Re)Ba2CaCu20y [100]-tilt grain boundary Josephson junctions/ A. Ogawa, T. Sugano, H. Wakana, A. Kamitani, S. Adachi, Y. Tarutani, K. Tanabe // J. Appl. Phys.- 2006,- V.99.- 123907.

35. Borisenko, I.V. Characterization and Dynamics of [100]-Tilted Y-B-C-0 Bicrystal Junctions on Nd-Ga-03 / I.V. Borisenko, I.M. Kotelyanski, A.V. Shadrin, P.V. Komissinski, G.A. Ovsyannikov//IEEE Trans. Appl. Supercond.- 2005,-V.15.- P.I65-168.

36. Sarnelli, E. A class of high-7"c YBa2Cuj07-x grain boundary junctions with high-IcR„ products/ E. Sarnelli, G. Testa, D. Crimaldi, A. Monaco, M.A. Navacerrada // Supercond. Sei. Technol.-2005,-V.15.-L35.

37. Kawasaki M., Chaudhari P., Gupta A. 1//Noise in YBa2Cu307-6 Superconducting Bicrystal Grain-Boundary Junctions//Phys. Rev. Lett.- 1992.-V.68.- P.1065-1067.

38. Bendat J.S. Randon Data: Analysis and Measurement Procedures // N. Y.: Wiley.- 2000.

39. Marx, A. 1 If noise in Bi2Sr2CaCu20g+x bicrystal grain-boundary Josephson junctions/ A. Marx, U. Fath, W. Ludwig, R. Gross, T. Amrein // Phys. Rev. B.- 1995.- V.51.- P.6735-6738.

40. Ransley, J. H. T. The normal-state resistivity of grain boundaries in YBa2Cu307^/ Ransley J. H. T„ Mennema S. H., Burnell K. G., Tarte E. J., Evetts J. E., Blamire M. G., Kye J. I., Oh B. // Appl. Phys. Lett.- 2004,- V.84.- P.4089-4091.

41. Humlicek, J. Lattice vibrations of Y|.xPrxBa2Cu307: theory and experiment / J. Humlicek, A. P. Litvinchuk, W. Kress, B. Lederle, C. Thomsen, M. Cardona, H. U. Habermeier, I. E. Trofimov, W. König //Physica C.-1993,- V.206.- P.345-349.

42. Genzel L. Far-Infrared Fourier Transform Spectroscopy // Millimeter and Submillimeter Wave Spectroscopy of Solids.- Ed.: G. Grüner.- Berlin: Springer.-1998.- P. 169-220.

43. Helm, Ch. Coupling between Phonons and Intrinsic Josephson Oscillations in Cuprate Superconductors/ Ch. Helm, Ch. Preis, F. Forsthofer, J. Keller, K. Schlenga, R. Kleiner, P. Müller//Phys. Rev. Lett.- 1997,- V.79.-N.4.- P.737-740.

44. DuHamel R H., Scherer J.P. Frequency-independent antennas // Antenna engineering handbook.- ed. R. C. Johnson.- New York: McGraw-Hill.- 1993,- P.14.1 -14.67.

45. Radenbaugh, R. Refrigeration for superconductors // Proc. IEEE.- 2004,- V.92.- P.1719-1734.

46. Conceptual Design of a 500 GeV eV Linear Collider with Integrated X-ray Laser Facility // Ed.: R. Brinkmann et al„ Hamburg: DESY.- 2007.- 1183 pages.

47. Divin Y. Hilbert spectroscopy for security screening of liquids/ Y.Divin, M. Lyatti, V. Pavlovskiy, U. Poppe, K.Urban// Proc. 35lh Int. Conf. on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves.- 2010,- N.Y.: IEEE.- Fr-F1.2 (2 pages).

48. Moller U. Terahertz reflection spectroscopy of Debye relaxation in polar liquids/ U. Moller, D.G. Cooke, K. Tanaka, P.U. Jepsen //J. Opt. Soc. Am. B.- 2009,- V.26.- P.A113-AI25.

Подписано в печать:

24.12.2010

Заказ № 4773 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора физико-математических наук, Дивин, Юрий Яковлевич

Введение

1 Джозефсоновские методы детектирования, и-спектроскопии

1.Г Нестационарный эффект Джозефсона 7 1.21 Адмиттансная джозефсоновская спектроскопия

1.3 Квадратичное детектирование шгильберт-спектроскопия

1.41 Перспективные применения джозефсоновских методов детектирования и спектроскопии

1.5 Постановка задачи? • 14'

2" Джозефсоновское детектирование и гильберт. спектроскопия с 15 переходами^ из низкотемпературных сверхпроводников

3 Обоснование использования ВТСП джозефсоновских переходов 22" для детекторования и спектроскопии'

3.1- ВТСП как базовые материалы для джозефсоновских переходов^

3.2' Виды и выбор тонкопленочных ВТСП переходов

3.3 Выводы

4 Экспериментальные методики и установки.

4.1 Приготовление бикристаллических ¥Ва2Си307х переходов >

4.2 Структурные исследования ¥Ва2Си307х пленок и переходов

4.3 Исследования нространственной электрической неоднородности

414ч Интеграция переходов в криостаты и криоохладители

4.5 Выводы«

5 Электрические и структурные характеристики ¥Ва2Си307х 48 пленок и бикристаллических переходов

5.1 Эпитаксиальные УВа2Си307х пленки

5.2 Переходььизс-ориентированных пленок

5.3 Переходы из пленок с взаимнонаклоненными« осями с

5.4 Влияние низкотемпературного отжига в кислороде на ВАХ и 72 низкочастотные флуктуации в переходах

5.5 Выводы

6 Квадратичное детектирование электромагнитного излучения 85 ВТСП переходами

6.1 Введение

6.2 Согласование переходов с антеннами

6.3 Нестационарный эффект Джозефсона в бикристаллических

ВТСП переходах

6.4 Инструментальная функция и форма линии джозефсоновской генерации

6.5 Динамический диапазон по мощности

6.6 Классическое детектирование

6.7 Выводы

7 Гильберт-спектроскопия на основе ВТСП переходов

7.1 Макеты гильберт-спектрометров на основе ВТСП переходов

7.2 Спектральный анализ полихроматических источников терагерцового излучения

7.3 Спектральный анализ переходного излучения

7.4 Гильберт-спектроскопия с использованием ртутной лампы

7.5 Идентификация жидкостей с помощью 127 гильберт-спектроскопии

7.6 Выводы 138 Заключение 139 Список опубликованных работ 143 Список литературы 155 Благодарности

Введение диссертация по физике, на тему "Детектирование и спектроскопия электромагнитного излучения джозефсоновскими переходами из высокотемпературных сверхпроводников"

Сверхпроводниковая электроника начала бурно развиваться» после открытия в начале 60-х годов! прошлого века эффектов квазичастичного' и джозефсоновского туннелирования в переходах сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС)[1], [2]. Процессы туннелирования в СИС переходах характеризуются малыми шумами, низким уровнем диссипации, высоким уровнем нелинейности статических и динамических характеристик, малой инерционностью и высокой чувствительностью к внешним электромагнитным полям. Такой набор характеристик оказывается весьма привлекательным для создания1 новых перспективных электронных устройств. Туннелирование ' кваз'ичастиц в СИС переходах из низкотемпературных сверхпроводников (№), №>>1) уже успешно используется в высокочувствительных супергетеродинных приемниках электромагнитного излучения, разрабатываемых для> радиоастрономии [3].

Особый интерес вызывают применения» джозефсоновского туннелирования. Например, стационарный эффект Джозефсона используется в высокочувствительных сверхпроводящих квантовых интерференционных датчиках (СКВИД) постоянных магнитных полей [4]. А нестационарный эффект Джозефсона применяется в метрологии для; обеспечения, квантового стандарта постоянного электрического напряжения, в цифровой электронике при разработке' сверхбыстродействующих элементов логики, аналогоцифровых и цифро-аналоговых преобразователей, а также при исследованиях возможности создания генераторов, детекторов и спектрометров электромагнитного излучения [5]-[9].

Особый интерес представляет реализация детекторных и спектроскопических применений нестационарного эффекта Джозефсона в терагерцовом диапазоне частот. В последнее время этот диапазон, охватывающий область частот от 0.1 ТГц до 10 ТРц и являющийся промежуточным» между СВЧ и инфракрасной областями спектра привлекает все большее внимание исследователей, специализирующихся в физике твердого 4 тела, физике высоких энергий, телекомуникациях, биологии, медицине и проблемах безопасности [10]-[12]. Общепринятые методы детектирования и спектроскопии, разработанные для более низких частот, в микроволновом диапазоне, или для более высоких частот, в инфракрасном диапазоне, существенно ухудшают свои параметры при применении их в- промежуточном терагерцовом диапазоне [11].

Основные достижения в сверхпроводниковой электронике до последнего времени были связаны с использованием туннельных переходов из низкотемпературных сверхпроводников, таких как Nb или NbN с рабочими температурами, как правило, в области температур жидкого гелия. Ограничение-сверху на частотный диапазон у туннельных переходов связано с наличием в спектре возбуждений сверхпроводника энергетической щели 2А. Для Nb и NbN эти граничные щелевые частоты 2A/h составляют около 700 ГГц и 1200 ГГц, соответственно. Данное обстоятельство не позволяет существенно продвинуться вглубь терагерцового диапазона, используя переходы из традиционных низкотемпературных сверхпроводников. Кроме того, для эффективной работы ряда детекторов и спектроскопических методов^ основанных на нестационарном эффекте Джозефсона, необходимо, чтобы джозефсоновские переходы описывались в рамках идеальной резистивной модели [13]. Приближение к резистивной модели возможно в реальных переходах с малой электрической емкостью, у которых напряжения V и частоты /, значительно ниже щелевых 2А/е и 2A¡h, соответственно. Это обстоятельство еще более ограничивает рабочие частоты таких устройств.

С открытием в 1986 году высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) [14], у которых величины энергетических щелей 2А/е могут достигать несколько десятков мВ [15], а щелевые частоты 2А//г , соответственно, могут достигать десятков ТГц, появилась принципиальная возможность существенно расширить частотный диапазон сверхпроводящих приемных и спектроскопических устройств в область терагерцовых частот. Кроме того их рабочие температуры могут быть повышены вплоть до температур 60-80 К, где возможно применение жидкого азота или эффективных и надежных криогенных охладителей замкнутого цикла, например, криоохладителей, работающих по циклу Стирлинга.

При использовании ВТСП материалов могут быть созданы электронные устройства, в т.ч. приемные и спектроскопические устройства на основе нестационарного эффекта Джозефсона, превосходящие по таким своим основным характеристикам, как быстродействие, чувствительность, частотный диапазон, аналогичные устройства, основанные на других принципах.

Следует отметить, что по сравнению ■ с приготовлением переходов из низкотемпературных сверхпроводников, например из чистого ниобия, создание качественных джозефсоновских переходов на основе ВТСП представляется значительно более трудной задачей как вследствие более многочисленного элементного состава и более сложной кристаллографии, так и значительно более низких величин длин когерентности у ВТСП материалов.

Данная диссертационная работа и посвящена изучению практической реализации джозефсоновских методов детектирования и спектроскопии в широкой, вплоть до терагерцовой области1 частот электромагнитного излучения, на основе высокотемпературных сверхпроводников.

Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка опубликованных печатных работ из 84 наименований и списка цитированной литературы из 68 наименований. Она содержит 167 страниц текста, включая 41 рисунок и 2 таблицы.

Заключение диссертации по теме "Приборы и методы экспериментальной физики"

Основные результаты диссертации отражены в 84 печатных работах, в том числе 78- статьях и 6 авторских свидельствах и патентах, которые опубликованы в изданиях, включенных в перечень Высшей аттестационной комиссией (ВАК). Список опубликованных работ соискателя в изданиях, включенных в перечень ВАК (в том числе, входящих в системы, цитирования Web of Science, Scopus, Web of Knowledge), приведен в конце диссертации.

Представленный цикл работ не включает материалы, вошедшие в кандидатскую диссертацию автора, которая была защищена в ИРЭ в 1979 году [14]. Однако, первое экспериментальное подтверждение работы Гильберт спектроскопии было получено с помощью ниобиевых микроконтактов, разработанных во время работы автора над кандидатской диссертацией, и из экспериментов, проведенных во время работы автора над кандидатской диссертацией и не включенных в кандидатскую диссертацию.

В данной диссертационной работе представлены основы детектирования и спектроскопических методик, базирующейся на нестационарном эффекте Джозефсона, и приведены» результаты экспериментальных работ соискателя в этой' области:. Можно сделать вывод о том, что при использовании разработанных бикристаллических джозефсоновских переходов из высокотемпературных сверхпроводников, частотно-селективное детектирование, гильберт-спектроскопия и адмиттансная спектроскопия могут успешно применяться в субтерагерцом и терагерцовом диапазонах, начиная от нескольких ГГц и вплоть до 5 ТГц.

В терагерцовой области были продемонстрированы, спектральный диапазон, составляющий до двух порядков, и спектральное разрешение порядка 10"3. Было показано, что динамический диапазон по мощности частотного-селективного детектировании и гильберт-спектроскопии. превосходит пять порядков. В4 субтерагерцовом частотном диапазоне при охлаждении джозефсоновских переходов до температуры жидкого азота была получена величина ИЕР порядка 10~14Вт/Гц1/2.

Адмиттансная спектроскопия использовалась для изучения терагерцовых потерь, возникающих в области энергетического барьера и при возбуждении оптических фононов в берегах джозефсоновских переходов* из высокотемпературных сверхпроводников, а также при анализе частотных свойств широкополосных логпериодических антенн. Указывается на большие возможности адмиттансной спектроскопии при исследовании низкоэнергетичных возбуждений в джозефсоновских переходах из высокотемпературных сверхпроводников и его окружении.

Развитие частотно-селективного детектирования и гильбертспектроскопии соответствует этапу разработок лабораторных образцов действующих устройств, основанных на использовании джозефсоновских переходов из высокотемпературных сверхпроводников и работающих при температурах, достигаемых с помощью криоохладителей Стирлинга. Уже была

141 продемонстрирована быстрая гильберт-спектроскопия для исследования электромагнитного излучения с суммарным временем измерений не более 7 миллисекунд. Выполнены первые измерения терагерцовых спектров отражения жидкостей, поглощения газов, параметров фильтров, полихроматических спектров излучения когерентных осцилляторов и непрерывного спектра переходного излучения от электронных сгустков.

Детектирование и спектроскопия на основе низкоомных джозефсоновских переходов из высокотемпературных сверхпроводников, представляются весьма перспективными для проведения быстрых измерений при использовании импульсных источников терагерцового излучения, как для исследования новых терагерцовых источников, так и в системах с существующими источниками. Область приложения гильберт-спектроскопии, используя ее потенциал при спектральных исследованиях жидкостей, можно расширить в биологию, медицину, сферу безопасности и т.п. Также высокоомные джозефсоновские ВТСП переходы могут быть весьма перспективны для создания быстрых и чувствительных решеток детекторов для визуализации терагерцового излучения. >

Список опубликованных работ

А1. Дивин, Ю.Я. Реальная аппаратная функция решеточного монохроматора/ Ю.Я. Дивин, О.Ю. Полянский, А.Я. Шульман // Оптика и спектроскопия.-1979.- Т.47.- Вып.1.- С. 170-181.

А2. Дивин, Ю.Я. Спектроскопия некогерентного излучения с помощью эффекта Джозефсона/ Ю.Я. Дивин, О.Ю. Полянский, А.Я. Шульман// Письма в Журнал технической физики.- 1980.- Т.6.-Вып.17,- С. 1056-1061. A3. А.с.730065, МКИ G 01 J 3/28. Спектрометр миллиметрового, субмиллиметрового и инфракрасного диапазонов / Ю.Я. Дивин, О.Ю. Полянский О.Ю., А.Я. Шульман (СССР).- № 2639130/18-25; заявл. 06.07.1978; опубл. 23.06.1981; Бюл. №23.- 4 е.: ил.

А4. А.с. 881538, МКИ G 01 J 3/28. Способ измерения спектрального распределения интенсивности излучения / Ю.Я. Дивин, О.Ю. Полянский, А.Я. Шульман А.Я. (СССР).- № 2639129/18-25; заявл. 06.07.1978; опубл. 15.11.1981; Бюл. №42.- 4 е.: ил.- Пат. 4287418 США, МПК G01J3/28. Method for measuring the spectral distribution of electromagnetic radiation intensity and spectrometer of millimetric and far-infrared ranges for effecting same // J.Y. Divin, O.J. Polyansky, A.Y. Shulman. № 06/052688; Опубл. 01.09.1981. - 12c. : ил. A5. Divin, Yu.Ya. Incoherent radiation spectroscopy based on ac Josephson effect/ Yu.Ya. Divin, O.Yu. Polyanski, A.Ya. Schul'man // IEEE Transactions on Magnetics.- 1983.- V.25.- No.2.- P.613-615.

A6. Дивин, Ю.Я. О ширине линии линии джозефсоновской генерации в дальнем инфракрасном диапазоне/ Ю.Я. Дивин, Н.А. Мордовец // Письма в Журнал технической физики.- 1983.- Т.9.- С. 253-255.

А7- А.с. 1099304, МКИ G 02 В 7/18. Устройство для юстировки оптических элементов // Ю.Я. Дивин, Н.А. Мордовец (СССР).- № 3548117/18-10; заявл. 02.02.1983; опубл. 23.06.1984; Бюл. №23.- 4 е.: ил.

А8. Hansen, J.B., Full splitting of the first zero-field steps in the I-V curve of

Josephson junctions of intermediate length/ J.B. Hansen, Yu.Ya. Divin, J. Mygind //

Physical Review В.- 1986.- V.33.- No.l.- P.605-607.

143

А9. Губанков, В.Н. Особенности взаимодействия электромагнитно о излучения-миллиметрового диапазона длин волн с тонкими пленками YBaCuO/ В.Н. Губанков, Ю.Я. Дивин, С.Г. Зыбцев, П.М. Шадрин, Р.Н. Шефталь // Письма в Журнал техической физики.- 1988.- Т. 14.- №8.- С.753-756.

А10. Afanasyev, A.S. Response of YBaGuO thin films to electromagnetic radiation, and their electrical characteristics/ A.S. Afanasyev, A.F. Volkov, V.N. Gubankov, Yu.Ya. Divin, P.M. Shadrin // IEEE Transactions on Magnetics.- 1989.- V.25.-No.2.- P.2571-2574.

All. Афанасьев, A.C. Размерные эффекты в электропроводности тонкопленочных мостиков из- высокотемпературных сверхпроводников/ А.С. Афанасьев, А.Ф. Волкову В.Н. Губанков, Ю.Я. Дивин, П.М. Шадрин // Физика низких температур.- 1989i- Т.15.- №3.- G.322-325.

А12. Афанасьев, А.С. Размерные эффекты в электропроводности тонкопленочных мостиков из высокотемпературных сверхпроводников/ А.С. Афанасьев, В.Н. Губанков, Ю.Я. Дивин, П.М. Шадрин // Письма в ЖЭТФ.-1989.- Т.49.- №12.- С.674-677

А13. Gubankov, V.N. AC Josephson effect in high~rc poly crystalline thin-film bridges / V.N. Gubankov, Yu.Ya. Divin, I.M. Kotelyanskii, V.B: Kravchenko // IEEE Transactions on Magnetics.- 1991.- V.27.- No.2.- P. 2840-2843. A14. Afanasyev, A.S. Size effects in electrical behavior of high-Tc thin-film bridges / A.S. Afanasyev, V.N. Gubankov, Yu.Ya. Divin // IEEE Transactions on on Magnetics.- 1991.- V.27.- No.2.- P.3312-3315.

A15. Divin, Yu.Ya. Laser probing of high-Tc superconducting thin films/ Yu.Ya. Divin, F.Ya. Nad', V.Ya. Pokrovskii, P.M. Shadrin // IEEE Transactions on Magnetics.- 1991.-V.27.-No.2.-P. 1101-1104.

A16. A.c.1693399, МКИ G01J5/50. Способ измерения пространственного распределения интенсивности электромагнитного излучения / Ю.Я: Дивин (СССР).- №4036988/25; заявл. 18.03.1986; опубл. 23.11.1991; Бюл. №43.- 4 е.: ил.).- Пат. 5123733 США, МПК G01J1/00. Method for measuring the spatial distribution of electromagnetic radiation intensity / J.Y. Divin.- №460348; опубл. 23.06.1992.- 9c. :ил.

A17. Дивин, Ю.Я. Джозефсоновские туннельные переходы с малой плотностью тока на основе гетероэпитаксиальныхслоев нитрида ниобия/ Ю.Я. Дивин, P.JI. Зеленкевич, Комашко, B.JI. Носков, В.В. Павловский // Письма в ЖТФ.- 1991.-Т.17.- №13.- С.32-36.

А18. Divin, Yu.Ya. Percolation and Josephson effects in high-rc polycrystalline thin films / Yu.Ya. Divin, V.N. Gubankov // Superconducting devices and their applications. Springer proceedings in physics, Ed. H.Koch, H. Liibbig, Springer Verlag., Berlin.- 1992:- V.64.- P.66-70.

A19. Еельбух, C.C. Джозефсоновские туннельные переходы, на (110) поверхности монокристалла ниобия с естественным барьером, из оксида ниобия/ С.С. Гельбух, Ю.Я. Дивин, В.И. Петросян // Письма в ЖТФ.- 1992,-Т.18.- С.23-26.

А20. А.с. 1785056, МКИ H01L39/22. Сверхпроводящее электронное устройство и способ его изготовления. / В.Н. Губанков В.Н., Ю.Я. Дивин, И.М. Котелянский; В!Б. Кравченко (СССР).- № 4862007/25; заявл. 04.09.90; опубл. 30.12.92, Бюл. № 48.- 5 е.: ил.

А21. Divin, Yu.Ya. Josephson oscillations and noise temperatures in YBa2Cu307„x grain-boundary junctions/ Yu.Ya. Divin, J. Mygind, N.E. Pedersen, P. Chaudhari // Applied Physics Letters.- 1992.- V.61.- No.25.- P.3053-3055. A22. Divin, Y.Y. Linewidth of Josephson oscillations in YBa2Cu307.x step-edge grain-boundary junctions/ Y.Y. Divin, A.V. Andreev, A.I. Braginski, G.M. Fischer, K. Herrmann, J. Mygind, N.F. Pedersen, M. Siegel // Future Directions of Nonlinear Dynamics in Physical and Biological Systems (NATO Advanced Science Institutes Series, Series B, Physics) - 1993.- V.312.- P. 343-346.

A23. Divin, Yu. Ya. Millimeter-wave Hilbert-transform spectrum analyzer based on Josephson junction/ Yu. Ya. Divin, S. Y. Larkin, S. E. Anischenko, P. V. Khabaev, S. V. Korsunsky // International Journal of Infrared and Millimeter Waves.- 1993.-V.14.- No.6.- P.1367-1373.

А24. Divin, Yu.Ya. Linewidth of Josephson radiation in YBaGuG grain-boundary junctions / Yu.Ya. Divin, J. Mygind, N.F. Pedersen, P. Chaudhari // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 19931- V.3.- No. 1.- P.2337:2340. A25. Divin, Yu.Ya; Millimeter-waveresponse^and linewidth of Josephson radiàtionin: YBa2Cu307.x step-edge junctions/ Yu.Ya. Divin, A.V. Andreev, G.M. Fischer, J. Mygind, N.F. Pedersen, K. Herrmann, V.N. Glyantsev, M. Siegel, A.I. Braginski // Applied-Physics Letters.- 1993.- V.62.- No. 11.- P. 1295-1297. A26. Andreev, A.V. Josephson effects in YBa2Gu307x grain boundary junctions on (001) NdGa03 bicrystal substrates/ A.V. Andreev, Yu.Ya. Divin, V.N. Gubankov,

FM! Kotelyanskiiv V.B!,Kravchenko; S.G. Zybtsev, E.A. Stepantsov // Physica ' C.-1994.- V.226.- P: 17-22;

A27. Divin, Yu.Ya. Imaging of electrical inhomogeneities in YBa2Cu307.x thin film structures by room-temperature laser scanning microscopy / Yu.Ya. Divin; P.M. Shadrin// Physica C.- 1994.- V.232.- P.257-262.

A28. Fischer, G.M. Ac Josephson? effect in YBa2Gu307.x bicrystal grain boundary junctions/ G.M. Fischer, A.V. Andreev, Yu.Ya. Divin, T. Freltoft, J. Mygind, N.F. Pedersen, Y. Shen, P: Vase // Physica В.- 1994.- V. 194-196;- P. 1687-1688. Л29. Андреев, А;В. Детектирование микроволнового излучения тонкопленочными YBa2Gu307.x микромостиками на бикристаллических подложках из NdGa03 / A.B. Андреев, Ю.Я. Дивин, В.Н. Губанков, И.М; Котелянский, В.Б. Кравченко, €.Г. Зыбцев, Е.А. Степанцов // Письма в Журнал Технической Физики.- 1994.- Т.20.- Вып. 13.- С.24-27.

АЗО. Divin, Yu.Ya. Epitaxial УВа2Си307.х thin films with tilted c-axis orientation / Yu.Ya. Divin, U. Poppe, J.W. Seo, В. Kabius, К. Urban//Physica G.- 1994.- V.235-240.- P.675-676

A31. Grigorieva, I.V. C-axis-orientation-dependent vortex images in epitaxial thin films of YBa2Cu307.x / I.V. Grigorieva, J.W. Steeds, U. Poppe, H. Schulz, Yu.Ya. Divin, J.W. Seoj К. Urban // Physical Review В.- 1994.- V.50.-No.9.- P.6366- 6369. A32. Divin, Y.Y. YBa2Gu307.x grain-boundary Josephson: junctions for Hilberttransform spectroscopy / Divin Y.Y., Poppe U., Schulz H., Klein N., Urban K.,

146

Stepantsov E .A. // Applied Superconductivity 1995. Proceedings of EUCAS 95. Ed. :D.Dew-Hughes, Inst, of Physics Conf. Ser. No. 148, IOP Publishing Ltd., Bristol & Philadelphia.- 1995.- V.2.- P.1645-1648.- ISBN 0 7503 0371 9. A33. Divin, Y.Y. Laser scanning microscopy of electrical inhomogeneities in high-rc Josephson junctions / Y.Y. Divin, P.M. Shadrin // Applied Superconductivity 1995. Proceedings of EUCAS 95. Ed.rD.Dew-Hughes, Inst, of Physics Conf. Ser. No. 148, IOP Publishing Ltd., Bristol & Philadelphia.- 1995.- V.2.- P;1367-1370.- ISBN 0 7503 0371 9.

A34. Divin, Y.Y. YBa2Cu307„x thin films with tilted* c-axis as base electrodes of highly planar junctions / Y.Y. Divin, U. Poppe, P.M. Shadrin, J.W. Seo, B.Kabius, K. Urban // Applied Superconductivity 1995. Proceedings of EUCAS 95. Ed.: D. Dew-Hughes, Inst, of Physics Conf. Ser. No. 148, IOP Publishing Ltd., Bristol & Philadelphia.- 1995.- Y.2.- P.1359-1362.- ISBN 0 7503 0371 9. A35. Divin, Y.Y. YBa2Cu307.x thin-film Josephson junctions on 2x12° bicrystal (110) NdGa03 substrates/ Y.Y. Divin, H. Schulz, U. Poppe, N. Klein, K. Urban, P.M. Shadrin, I.M. Kotelyanskii, E.A. Stepantsov // Physica C.- 1996.- V.256.- No.1-2.-P.149-155.

A36. Divin, Yu.Ya. Millimeter-wave Hilbert-transform spectroscopy with high-71,

Josephson junctions / Yu.Ya. Divin, H. Schulz, U. Poppe, N. Klein, K. Urban, V.V.

Pavlovskii//Applied Physics Letters.- 1996.- V.68.- No. 11.- P.1561-1563.

A37. Divin, Y.Y. Hilbert-transform spectral analysis of millimeter- and submillimeter-wave radiation with high~rc Josephson junctions / Y.Y. Divin, V.V.

Pavlovskii, O.Y. Volkov, H. Schulz, U. Poppe, N. Klein, K. Urban. // IEEE

Transactions on Applied Superconductivity.- 1997.- V.7.- No.2,- P.3426-3429.

A38. Schulz, H. Fabrication and Characterization of YBa2Cu307.x Grain-Boundary

Josephson Junctions on (110) NdGa03 Biciystal and Single-Twin Substrates/ H.

Schulz, U. Poppe, N. Klein, K. Urban, Y.Y. Divin, I.M. Kotelyanskii // IEEE

Transactions on Applied Superconductivity.- 1997.- V.7.- No.2.- P.3009-3012.

A39.' Divin, Y.Y. YBa2Cu307.x Josephson junctions on NdGa03 bicrystal substrates /

Y.Y. Divin., I.M. Kotelyanskii, P.M. Shadrin, O.Y. Volkov, V.V. Shirotov, V.N.

147

Gubankov, H. Schulz, U. Poppe. // Applied Superconductivity 1997. Proceedings of EUCAS 97. Ed.: H.Rogalla and D.H.A. Blank, Inst, of Physics Conf. Ser. No. 158, IOP Publishing Ltd., Bristol & Philadelphia.- 1997.- V.l.- P.467-470.- ISBN 0 7503 0485 5.

A40. Shadrin, P.M. Submicrometer electrical imaging of grain boundaries in high-Tc thin-film junctions by laser scanning microscopy/ P.M. Shadrin, Y.Y. Divin // Physica C- 1998.- V.297.- P.69-74.

A41. Divin, Y.Y, Terahertz Hilbert-transform spectral analysis with high-Tc Josephson junctions: first applications / Y.Y. Divin, O.Y. Volkov, V.V. Shirotov, V.V. Pavlovskiy U. Poppe, P. Schmueser, M. Tonutti, K. Hanke, M. Geitz. // Proceedings SPIE, Conf. Millimeter and4 submillimeter waves IV.- 1998.- V.3465.-P.309-317.

A42. Divin, Y.Y. Hilbert-transform spectroscopy with high-J^ Josephson junctions: first spectrometers and first applications / Y.Y. Divin, U. Poppe., K. Urban, O.Y. Volkov, V.V. Shirotov, V.V. Pavlovskii, P. Schmueser, K. Hanke, M. Geitz, M.Tonutti // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 1999.- V.9.- No.2.-P.3346-3349.

A43. Shadrin, P.M. Comparative study of electron and laser beam scanning for local electrical chracterization of high-Jc thin films and junctions / P.M. Shadrin, Y.Y. Divin, S. Keil, J. Martin, R.P. Huebener // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 1999.- V.9.- No.2.- P.3925-3928.

A45. Volkov, O.Y. Far-infrared Hilbert-transform spectrometer based on Stirling cooler / O.Y. Volkov, V.V. Pavlovskii, Y.Y. Divin, U. Poppe // Applied

148

Superconductivity 1999. Proceedings of EUCAS 1999, the 4th European Conference on Applied Superconductivity, Sitges, Spain 14-17 September 1999, Ed. by X. Obradors, F. Sandiumenge and J. Fontcuberta, Inst, of Physics Conf. Ser. No. 167, IOP1 Publishing Ltd., Bristol & Philadelphia.- 2000.- V.2.- P.623-626.- ISBN 0 7503 0746 3.

A46. Divin, Y.Y. Frequency-selective incoherent detection of terahertz radiation by high-rc Josephson junctions / Y.Y. Divin, U. Poppe, O.Y. Volkov, V.V. Pavlovskii // Applied Physics Letters.- 2000.- V.76.- No.20.- P.2826-2828. A47. Пат. 19648234 ФРГ, МПК H01L39/24. Schichtenfolge mit wenigstens einer epitaktischen, nicht c-Achsen orientierten Schicht aus einer mit Hochtemperatursupraleitern kristallographisch vergleichbaren Struktur / Divin» Y., Seo J., Poppe U.; заявитель и патентообладатель Forschungszentrum Jülich.- № 09/091851; заявл. 06.22.98; опубл. 12.04.00.- Пат. 6156706 США, МПК В 32 В 18/00. Layer structure with an epitaxial, non-c-axis oriented HTSC thin film // Divin Y., Seo J., Poppe U.; заявитель и патентообладатель Forschungszentrum Jülich.-№ 09/091851; заявл. 18.12.1996; опубл. 05.12.2000- Пат. 0868753 ЕС, МПК В 32 С 30 В29/10. Layer sequence with at least one-epitaxial, non-c-axis HTSC film or with a layer of a structure crystallographically comparable to HTSC / Divin Y., Seo J., Poppe U.; заявитель и патентообладатель Forschungszentrum Jülich.- № 96946217; заявл. 18.12.1996; опубл. 05.12.2000.

А48. Divin, Y.Y. Terahertz spectral analysis by ac Josephson effect in high-rc bicrystal junctions / Y.Y. Divin, O.Y. Volkov, V.V. Pavlovskii, U. Poppe, К. Urban // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2001.- V.ll.- No.l.- P.582-585. 449. Poppe, U. Properties of УВа2Си307.х thin films deposited on substrates and bicrystals with vacinal offcut and realization of high /^„junctions / U. Poppe, Y.Y. Divin, M.I. Faley, C.L. Jia, J.S. Wu, K. Urban // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2001.- V.l 1.- No.l.- P.3768-3771.

A50. Shadrin, P.M. Spread of critical currents in thin-film YBa2Cu307.x biciystal junctions / P.M. Shadrin, Y.Y. Divin // IEEE Transactions on Applied

Superconductivity.- 2001.- V.l 1.-No.l.- P.414-417.

149

A51. Shirotov, V. Dynamic range of frequency-selective response of high-rc Josephson detector to millimeter-wave radiation / V. Shirotov, Y.Y. Divin, K. Urban // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2001.- V.ll.- No.l.- P.955-957.

A52. Divin, Y. Terahertz Hilbert spectroscopy by high-Josephson junctions/ Y. Divin, O. Volkov, V. Pavlovskii, V. Shirotov, P: Shadrin, U. Poppe, K. Urban // Advances in Solid State Physics.- Ed. B. Kramer (Springer, Berlin, Germany).-2001.- V.4L-P. 301-313.

A53. Divin, Y.Y. Hilbert spectroscopy from gigahertz to terahertz frequencies by high-Tc Josephson ¡junctions / Y.Y. Divin, O.Y. Volkov, M.V. Liatti, V.V. Shirotov, V.V. Pavlovskii, U. Poppe, P. Mi Shadrin, K. Urban // Physica C.- 2002.- V.372.-P.416-419.

A54. Shirotov, V.V. Far-infrared broadband measurements with Hilbert spectroscopy / V.V. Shirotov, Y.Y. Divin, K. Urban // Physica C.- 2002.- V.372.- P.454-456. A55. Shadrin, P. Spread of critical currents in thin-film YBa2Cu307x bicrystal junctions and faceting of grain boundary / Shadrin P., Jia C. L., Divin Y. // Physica C.- 2002.- V.372.- P.80-82.

A56. Divin, Y.Y. Structural and electrical properties of YBa2Cu307.x [100]-tilt grain boundary Josephson junctions with large IcRn-product on SrTiOj bicrystals/ Y.Y. Divin, U. Poppe, C.L. Jia, P.M. Shadrin, K. Urban // Physica C.- 2002.- N312.-P.115-118.

A57. Divin, Y.Y. Spectral Range of the ac Josephson Effect in [001]-tilt YBa2Cu307.x Bicrystal Junctions / Y.Y. Divin, O.Y. Volkov, M.V. Liatti, V.N. Gubankov // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2003.- V.13.- No.2.- P.676-679. A58. Shadrin, P. Spread of critical currents in thin-film YBa2Cu307.x bicrystal junctions and faceting of grain boundary / P. Shadrin, C. L. Jia, Y. Divin // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2003.- V.13.- No.2.- P.603-605. A59. Shirotov, V. Application of Hilbert spectroscopy to pulsed far-infrared radiation / V. Shirotov, Y. Divin, U. Poppe; H. Larue, E. Zimmermann, A. Ahmet, H. Hailing,

К. Urban // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2003.- V.13.- iSTo 2 -P. 172-175.

A60. Дивин, Ю.Я. Бикристаллические джозефсоновские переходы из сориентированных YBa2Cu307-x пленок для, терагерцовой Гильберт-спектроскопии / Ю;Я5 Дивин, ИМ; Котелянский; BiLL Рубанков»// Радиотехника и электроника.- 2003.- Т.48.- №10.- С.1238-1249;

А61. Divin, Y.Y.[100]-tilt YBa2Gu307-x grain- boundary Josephson junctions with high /¿i^-product on?NdGa03 bicrystal substrates / Y.Y. Divin, I.M. Kotelyanskii P.M. Shadrin, C.L. Jia, U. Poppe, К. Urban // Applied Superconductivity 2003. proc 6th European Conf. Appl. Superconductivity, Sorrento; Italy, 14-16 Sept. 20031 IOP Conf. Series N 181. Ed.:A. Andreone, G.P. Pepe, R. Cristiano and G. Masulo. IQP Publishing (Bristol. Philadelphia).- 2004.- P;3T12;-3T18.-'ISBN 07503 09814. A62. Divin, Y.Y. Terahertz Josephson effect in [001]- and [100]-tilt YBa2Cu О

3 7-x grain-boundary junctions / Y.Y. Divin, O.Y. Volkov, M.V. Liatti, V.N. Gubankov, К Urban // Applied, Superconductivity 2003. Proc. 6th European Conf. Appl Superconductivity (Sorrento, Italy, 14-16 Sept. 2003), IOP Conf. Series N, 181, ed • A. Andreone et al., IOP Publishing (Bristol, Philadelphia).- 2004.- P.2970-2977-ISBN. 07503 09814.

A63. Shadrin, P. Faceting of Grain Boundary and Critical Current in [001]-tilt YBa2Cu307.x Bicrystal Junctions / P: Shadrin; C.L. Jia, Y. Divin // Applied Superconductivity 2003. Proc. 6th European. Conf. Appl. Superconductivity Sorrento, Italy, 14-16 Sept. 2003. IOP Conf. Series N 181. Ed.: A.Andreone, G.P Pepe, R. Cristiano and G. Masulo. IOP Publishing (Bristol, Philadelphia).- 2004 - p 3053-3058.- ISBN 07503 09814

A64. Liatti, M.V. Low-frequency noise in [001]- and [100]-tilt YBa2Cu307.x grain-boundary Josephson junctions /M.V. Liatti., Y.Y. Divin, V.N. Gubankov, K. Urban // Applied Superconductivity 2003; Proc. 6th European: Conf. Appl Superconductivity (Sorrento, Italy, 14-16 Sept. 2003), IOP Conf. Series N 181., ed.: A. Andreone et al., IOP Publishing (Bristol, Philadelphia).- 2004.- P. 3106-3111-ISBN 07503 09814.

А65. Divin, Y.Y. Terahertz Josephson detectors and Hilbert spectroscopy / Y.Y. Divin, M.V. Liatti, V.V. Shirotov, U. Poppe, V.N. Gubankov, K. Urban // Conf. Digest of the 2004 Joint 29th Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, Germany, 2004 (ed. M. Thumm,W. Wiesbeck, IEEE, Piscataway, NJ).- 2004.- P.277-278.- ISBN: 0-7803-8490-3. A66. Широтов, B.B. Частотно-селективный YBa2Cu307-x джозефсоновский детектор: динамический диапазон по мощности в субтерагерцовом диапазоне частот / В.В. Широтов, Ю.Я. Дивин // Письма в ЖТФ.- 2004.- Т.ЗО.- №12.-С.79-85.

А67. Широтов, В.В. Оптимальная фильтрация широкополосного излучения в Гильберт-спектроскопии / В.В: Широтов, Ю.Я. Дивин // Письма в ЖТФ.- 2004.-Т.30.- №13.- С.59-64.

А68. Широтов, В.В. Частотно-селективный джозефсоновский детектор импульсного субтерагерцового излучения / В.В. Широтов, Ю.Я. Дивин // Радиотехника и электроника.- 2004.- Т.49.- № 9.- С.1135-1139. А69. Divin, Y.Y. Terahertz Detection and Spectroscopy Based on High-rc Josephson Junctions / Y.Y. Divin, M.V. Liatti, D.A. Tkachev, V.V. Pavlovskii, V.V. Shirotov, O.Y. Volkov, U. Poppe, C.L. Jia, V.N. Gubankov, K. Urban // Proc. 18th Int. Conf. on Appl. Electromagnetics and Communications, Dubrovnik, Croatia, 12-14 October 2005 (Ed. D. Bonefacic, KoREMA, Zagreb, Croatia).- 2005.- P.149-152.- ISBN: 953-6037-44-0.

A71. Liatti, M. Effect of low-temperature ozone annealing on current-voltage characteristics and 1 If noise of YBa2Cu307.4. [100]-tilt biciystal junctions / M. Liatti, Y. Divin, U. Poppe, V. Gubankov, K. Urban // Journal of Physics: Conference Series.- 2006.- V.43.- P.1211-1214.

А72. Лятти, M.B. Сигнальные и шумовые характеристики терагерцового частотно-селективного джозефсоновского YBa2Cu307x детектора / М.В. Лятти, Д.А. Ткачев, Ю.Я. Дивин // Письма в ЖТФ.- 2006.- Т.32.- №19.- С.79-85 А73. Liatti, M.V. bow-frequency voltage-noise and electrical transport in [100]-tilt YBa2Cu307x grain-boundary junctions / M.V. Liatti, U. Poppe, Y.Y. Divin // Appl. Phys. Lett.- 2006.- V.88.- 152504 (3 Pages).

A74. Divin, Y.Y. Broadband THz detection by high-rc Josephson junctions I Y.Y. Divin, V.V. Pavlovski, D.A. Tkachev, O.Y. Volkov, V.N. Gubankov, K. Urban // Conference Digest of the 2006 Joint 31st International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 14th International Conference on Terahertz Electronics, Sept. 18-22, 2006 Shanghai, China (Eds. S. C. Shen- et all).- 2006.-P. 345-345.- ISBN: 14244-0399-5.

A75. Divin, Y.Y. Josephson tunneling in [100]-tilt YBa2Cu307.x bicrystal junctions / Y.Y. Divin, M.V. Liatti, D.A.Tkachev, U. Poppe // Physica C.- 2007.- V.460-462.-P.1270-1271.

A76. Lyatti, M. Signal and noise characteristics of terahertz frequency-selective and broadband high-Fc Josephson detectors / M. Lyatti,- Y. Divin, О. Volkov, V. Pavlovskii, V. Gubankov, K. Urban- // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2007,- V.17.- No.2.- P.332-335.

A77. Lyatti, M.V. Electrical transport and noise properties of [100]-tilt YBa2Cu307x grain-boundary junctions with high IcRn product / M.V. Lyatti, U. Poppe, Y.Y. Divin // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2007.- V.17.- No.2.- P. 314317.

A78. Divin, Y. High-Tc Josephson Detectors and Hilbert Spectroscopy for Security Applications / Y. Divin, U. Poppe, V.N. Gubankov, K. Urban // IEEE Sensors J.-2008. -V.8. - P.750-757.

A79. Divin, Y. Josephson spectroscopy of terahertz losses in [100]-tilt YBa2Cu307.x bicrystal junctions / Y. Divin, M. Lyatti // J. of Phys.: Conf. Ser.- 2008.- V.97.-012223 (6 pages).

А80. Divin, Y. Hilbert spectroscopy of liquids for security screening / Y. Divin, U. Poppe, K. Urban // Detection of liquid explosives and flammable agents in connection with terrorist actions (NATO Science for Peace and Security Series B, Springer Netherlands. Ed. H. Schubert, A. Kuznetsov).- 2008.- P. 189-204. A81. Дивин, Ю.Я. Терагерцовая спектроскопия на основе джозефсоновских переходов из высокотемпературных сверхпроводников / Ю.Я. Дивин, У. Поппе, И.М. Котелянский, В.Н. Губанков, К. Урбан // Радиотехника и электроника.-2008.- Т.53.-Ж10.- С.1205-1222.

А82. Lyatti, М. Liquid identification by Hilbert spectroscopy / M. Lyatti, Y. Divin, U. Poppe, K. Urban // Supercond. Sci. Technol.- 2009.- V.22. - 114005 (8 pages). A83. Волков, О.Ю. Джозефсоновская адмиттансная спектроскопия характеристик логопериодической антенны в субмиллиметровом диапазоне длин волн / О.Ю. Волков, В.Н. Губанков, И.И. Гундарева, Ю.Я. Дивин, В.В.Павловский // Радиотехника и электроника.- 2009.- Т.54. - No.l 1.- С.1381-1386.

А84. Divin, Y. Hilbert spectroscopy based on the ac Josephson effect for liquid identification / Y. Divin, M. Lyatti, U. Poppe, K. Urban // J. Phys.: Conf. Ser. -2010.-V.234.- 042005 (12 pages).

Заключение

Суммируя выводы по отдельным главам, можно сформулировать следующие основные результаты диссертации, которые получены впервые и выносятся на защиту:

2. Условия приготовления и электрические параметры эпитаксиальных пленок УВагСизОу.х с наклонными, до, 72°, осями с для применений в качестве базовых электродов в джозефсоновских переходов.

3. Методики приготовления и лазерного контроля джозефсоновских бикристаллических переходов из УВа2Сиз07х с характерными напряжениями IcR„ до 8 мВ и отличиями их ВАХ от ВАХ в резистивной модели, не превышающими 0,5% при. температурах выше 50К, для применений в терагерцовых детекторах и .спектрометрах.

5. Разработка макетов частотно-селективных детекторов на основе джозефсоновских бикристаллических УВа2Си307.х переходов, в т.ч. с охлаждением без использования криогенных жидкостей, и достижение параметров, определяемых собственными флуктуациями в переходах и поглощением на оптических фононах в УВа2Си307.х, а именно: спектральный диапазон f} = 5 GHz - 5 THz, относительное разрешение öf/f до 10"3, мощность, эквивалентная шуму, NEP = (8±5)-10"15 W/Hz1/2, динамический диапазон по мощности D = 105.

6. Разработка макетов гильберт-спектрометров с использованием джозефсоновских детекторов из УВа2Си307.х, в т.ч. с охлаждением без использования криогенных жидкостей.

Разработанные методы приготовления и контроля качества ВТСП джозефсоновских переходов, проведенные экспериментальные исследования их основных свойств, реализация детекторных и спектроскопических применений на основе ВТСП, представляют значительную ценность и могут рассматриваться1 как решение крупной научной проблемы в сверхпроводниковой' электронике - создание технологических и физических основ детекторов и спектрометров на основе ВТСП джозефсоновских переходов.

Список источников диссертации и автореферата по физике, доктора физико-математических наук, Дивин, Юрий Яковлевич, Москва

1. Giaever, I. Energy gap in superconductors measured by electron tunneling // Phys. Rev. Lett.-1960.- V.5.- P. 147-148

2. Josephson, B. D. Possible new effects in superconductive tunneling // Phys. Lett.- 1962.- V.1.-P.251-253.

3. Zmuidzinas J., Richards P.L. Superconducting detectors and mixers for millimeter and submillimeter astrophysics // Proc. IEEE.- 2004.- V.92.-P.1597-1616.

4. Kleiner, R. Superconducting quantum interference devices: state of the art and applications / R. Kleiner, D. Koelle, F. Kudwig, J. Clarke // Proc. IEEE.-2004.- V.92.- P.1534-1548.

5. Benz S.P., Hamilton C.A. Application of the Josephson effect to voltage metrology. // Proc. IEEE.- 2004.- V.92.- P.1617-1629.

6. Berggren, K.K. Quantum computing with superconductors // Proc. IEEE.-2004.- V.92.- P.1630-1638.

7. Hayakawa, H. Superconducting digital electronics/ Ii.- Hayakawa, N. Yoshikawa, S. Yorozu, A. Fujimaki // Proc. IEEE.- 2004.- V.92.- No. 10.-P.1549-1563.

8. Mukhanov, O.A. Superconductor analog-to-digital converters / O.A. Mukhanov, D. Gupta, A.M. Kadin, V.K. Semenov // Proc. IEEE.- 2004.-V.92.- No. 10.- P.1564-1584.

9. Winkler, D. Superconducting analogue electronics for research and industry// Supercond. Sci. Technol.- 2003.- V.16.- P.1583-1590.

10. Woolard, D.L. Terahertz Frequency Sensing and Imaging: A Time of Reckoning Future Applications? / D.L. Woolard, E.R. Brown, M. Pepper, M. Kemp // Proc. IEEE.- 2005.- V.93.-No. 10.-P. 1726-1743.

11. Tonouchi M. Cutting-edge terahertz technology// Nature Photonics.- 2007.-V.I.- P.97-105.

12. Лихарев K.K., Ульрих Б.Т. Системы с джозефсоновскими контактами // м:: МГУ.- 1978.

13. Bednorz J. G., Müller К. A. Possible high-Tc superconductivity in the Ba-La-Cu-0 system // Z. Phys. B: Condens.Matter.- 1986.- V.64.- P.189-193.

14. Damascelli A., Hussain Z., Shen Z.-X. Angle-resolved photoemission studies of the cuprate superconductors // Rev. Mod. Phys.- 2003.- V.75.- P. 473-541.

15. Волков А.Ф: Влияние импеданса внешнею цепи на вольтамперную характеристику джозефсоновского перехода // Радиотехника и электроника.- 1972.-Т.17.- № 12.- С. 2581-2583.

16. Артеменко С.Н. О чувствительности метода спектроскопии на основе эффекта Джозефсона // Радиотехника и электроника.- 1973.- Т. 18.- №1. С. 1997-1999.

17. Дивин Ю.Я., Полянский, О.Ю., Шульман А.Я: Спектроскопия некогерентного излучения) с помощью эффекта Джозефсона// Письма в Журнал технической'физики.- 1980.-Т.6.-Вып.17.- С. 1056-1061.

18. Shul'man A.Ya. Kosarev E.L., Tarasov M.A. Hilbert-Transform Spectroscopy Based on the ac Josephson Effect. Theory and Computational Technique // J. Commun. Techn: Electronics.- 2003.- V.48.- P.-l 124-1236.

19. Chantry, G. W. Submillimetre Spectroscopy // London and New York: Academic Press.-1971.

20. Nuss M.C., Orenstein J. Terahertz Time-Domain Spectroscopy // in Millimeter and' Submillimeter Wave Spectroscopy of Solids.- Ed.: G. Grüner.- Berlin: Springer.- 1998.- P. 7-50.

21. Koshelets, V. P. Superconducting phase-locked local oscillator for asubmillimetre integrated receiver / V. P: Koshelets, S. V. Shitov, L. V.

22. Filippenko, P. N. Dmitriev, A. B. Ermakov, A. S. Sobolev, M. Yu. Torgashin,156

23. A. L. Pankratov, V. V. Kurin, P. Yagoubov, R. A. Hoogeveen // Supercond. Sci. Technol.- 2004.- V.17.- S.127-131.

24. Tarasov, M. Terahertz spectroscopy with a Josephson oscillator and a SINIS bolometer / M. Tarasov, L. Kuz'min, E. Stepantsov, I. Agulo, A. Kalabukhov, M. Fominskii, Z. Ivanov, T. Claeson*// JETP Lett.- 2004.- V. 79.- No. 6- P. 298-303.

25. Дивин Ю.Я., Надь Ф.Я. Зависимость избыточного тока в сверхпроводящих точечных контактах от температуры и напряжения // Письма ЖЭТФ.- 1979.- Т.29.- Вып.9.- С.567-570.

26. Tarasov, М.А. Quasioptical Hilbert Transform Spectrometer/ M. A. Tarasov, A.Ya. Shul'man, G. V. Prokopenko, V. P. Koshelets, O. Yu. Polyanski, I. L. Lapitskaya, A. N. Vystavkin // IEEE Trans. Appl. Supercond.- 1995.- V.5.-P.2686-2689.

27. Golubov A.A., Kupriyanov M. Yu., Il'ichev E. The current-phase relation in Josephson junctions//Rev. Mod. Phys.- 2004,- V.76.- P.412-469.

28. Бароне А., Патерно Дж. Эффект Джозефсона: физика и применения // Пер. с англ.- М.: Мир.- 1984.

29. Hilgenkamp Н., Mannhart J. Grain boundaries in high-T^ superconductors // Rev. Mod. Phys.- 2002.- V.74.- P.485-549.

30. Фал ей М.И. Тонкопленочные гетероструктуры оксидных сверхпроводников и их применение для сверхпроводниковых квантовых интерферометров // Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук,- ИРЭ РАН.- Москва.- 2005.- 402 стр.

31. Рорре, U. Low-resistivity epitaxial YBa2Cu307 thin films with improvedmicrostructure and reduced microwave losses/ U. Poppe, N. Klein, U. Dahne,157

32. H. Soltner, C.L. Jia, B. Kabius, K. Urban, A. Lubig, K. Schmidt, S. Hensen, S.Orbacn, G. Millier, H. Piel. // J. Appl. Phys.- 1992.- V.71.- P.5572-5578.

33. Mannhart, J. Spatially resolved observation of supercurrents across grain boundaries in YBaCuO film/ J. Mannhart, R. Gross, K. Hipler, R.P. Huebener, C.C. Tsuei, D. Dimos, PI Chaudhari // Science.- 1989.- V.245.- P. 839-841.

34. Шадрин, П.М. Визуализация локальных электрических неоднородностей ВТСП пленок и структур с помощью лазерного зондирования. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.- ИРЭ АН СССР.- Москва.- 1997.- 115 стр.

35. Lengfellner, H. Thermoelectric Effect in Normal-State YBa2Cu3075 Films / H. Lengfellner, S. Zeuner, W. Prettl, KF. Renk // Europhysics Lett.- 1994.- V.25.-P.375-377.

36. Roweir, J.M. Recommended directions of research and development in superconducting electronics// IEEE Trans. Appl. Supercond.- 1999.- V.9.-P.2837-2840

37. Kornev, V.K. Spectral study of the Shapiro subharmonic step formation/ V.K. Kornev, A.V. Arzumanov, K.Y. Constantinian, A.D. Mashtakov, G.A. Ovsyannikov// Inst. Phys. Conf. Ser.- 1997.- No. 158.- P. 559-562.

38. Fillipov A.T., Gal'pern Yu. S. Bound states, bifurcations and static chaos in Josephson lattices// Physics Lett. A.- 1993.- V.172.- P.471-474.

39. Stepantsov, E. THz Josephson properties of grain boundary YBaCuO junctions on symmetric, tilted bicrystal sapphire substrates/ E. Stepantsov, M. Tarasov, A. Kalabukhov, L. Kuzmin, T. Claeson // J. Appl. Phys.- 2004.- V.96.-P.3357-3361.

40. Ogawa, A. Properties of (Hg, Re)Ba2CaCu2Oy 100.-tilt grain boundary Josephson junctions/ A. Ogawa, T. Sugano, H. Wakana, A. Kamitani, S. Adachi, Y. Tarutani, K. Tanabe // J. Appl. Phys.- 2006.- V.99.- 123907.

41. Borisenko, I.V. Characterization and Dynamics of 100.-Tilted Y-B-C-O Bicrystal Junctions on Nd-Ga-03 / I.V. Borisenko, I.M. Kotelyanski, A.V. Shadrin, P.V. Komissinski, G.A. Ovsyannikov // IEEE Trans. Appl. Supercond.- 2005.-V.15.- P.165-168.

42. Sarnelli, E. A class of high-Tc YBa2Cu307-x grain boundary junctions with high-IcRn products/ E. Sarnelli, G. Testa, D. Crimaldi, A. Monaco, M.A. Navacerrada// Supercond. Sci. Technol.- 2005.- V.15.- L35.

43. Kawasaki M., Chaudhari P., Gupta A. 1 If Noise in YBa2Cu307.5 Superconducting Bicrystal Grain-Boundary Junctions // Phys. Rev. Lett.-1992.- V.68.- P.1065-1067.

44. Bendat J.S. Randon Data: Analysis and Measurement Procedures // N.Y.: Wiley.- 2000.

45. Marx, A. 1 If noise in Bi2Sr2CaCu208+x bicrystal grain-boundary Josephson junctions/ A. Marx, U. Fath, W. Ludwig, R. Gross, T. Amrein // Phys. Rev. B.-1995.- V.51.- P.6735-6738.

46. Ransley, J. H. T. The normal-state resistivity of grain boundaries in YBa2Cu307-5 / Ransley J. H. T., Mennema S. H., Burneil K. G., Tarte E. J., Evetts J. E., Blamire M. G., Kye J. I., Oh B. // Appl. Phys. Lett.- 2004.- V.84.-P.4089-4091.

47. Madenach A.J., Werner J. Non-Lorentzian Noise at Semiconductor Interfaces// Phys. Rev. Lett.- 1985.- V.55.- P.1212-1215.

48. Humlicek, J. Lattice vibrations of YixPrxBa2Cu307: theory and experiment / J. Humlicek, A. P. Litvinchuk, W. Kress, B. Lederle, C. Thomsen, M. Cardona, H. U. Habermeier, I. E. Trofimov, W. König //Physica C.- 1993.- V.206.-P.345-349.

49. Genzel L. Far-Infrared Fourier Transform Spectroscopy // Millimeter and Submillimeter Wave Spectroscopy of Solids.- Ed.: G. Grüner.- Berlin: Springer.- 1998.- P. 169-220.

50. Helm, Ch. Coupling between Phonons and Intrinsic Josephson Oscillations in Cuprate Superconductors/ Ch. Helm, Ch. Preis, F. Forsthofer, J. Keller, K. Schlenga, R. Kleiner, P. Müller // Phys. Rev. Lett.- 1997.- V.79.- N.4.- P.737-740.

51. DuHamel R.H., Scherer J.P. Frequency-independent antennas // Antenna engineering handbook.- ed. R. C. Johnson:- New York: McGraw-Hill.- 1993.-P.14.1 -14.67.

52. Tinkham M., Octavio M., Skocpol W.J. Heating effects in high-frequency metallic Josephson devices: Voltage limit, bolometric mixing, and noise // j Appl. Phys.- 1977.- V.48.- P. 1311-1318.

53. Тарасов, M. Submillimeter wave response and noise in HTS Josephson junctions / M. Тарасов; A'. Shul'man, O. Polyansky, Z. Ivanov, G. Fischer E Kollberg, T. Claeson, E. Stepantsov//Proc. SPIE.- 1996.- V.2842.- P:442-449

54. Radenbaugh, R. Refrigeration for superconductors // Proc. IEEE.- 2004 V.92.- P.1719-1734.

55. Henningsen, J.O. Assignment of Laser Lines in Optically Pumped СНЗОН // IEEE J. Quant. Electr.- 1977.- V.13.- P.435-441

56. Conceptual Design of a 500 GeV eV Linear Collider with Integrated X-ray Laser- Facility // Ed.: R. Brinkmann et al., Hamburg: DESY.- 2007.- Ц83 pages.61. http://en.wikipedia.org/wiki/20Q6 transatlantic aircraft plot

57. Landau L.D., Lifshitz E.M. Electrodynamics of continuous media // Oxford-Pergamon Press.- 1963.

58. Barthel J., Buchner R. High frequency permittivity and its use in tjle investigation of solution properties // Pure & Appl: Chem.-. 1991.- v 63 P.1473-1482.

59. Kaatze U., Feldman Y. Broadband dielectric spectrometry of liquids and biosystems// Meas. Sci. Technol.- 2006.- V.17.- P. R17-R35.

60. Trane, L. THz reflection spectroscopy of liquid water/ L. Trane, R.H. Jacobsen P.U. Jepsen, S.R. Keiding // Chem. Phys. Lett.- 1995.- V.240.- P.330-333.

61. Jepsen P.U., Moller U., Merbold H. Investigation of aqueous alcohol and sugar solutions with reflection terahertz time-domain spectroscopy// Qpt Express.- 2007.- V.15.- 14717.

62. Divin Y. Hilbert spectroscopy for security screening of liquids/ Y.Divin M Lyatti, V. Pavlovskiy, U. Poppe, K.Urban// Proc. 35th Int. Conf. on Infrared Millimeter and Terahertz Waves.- 2010.-N.Y.: IEEE.- Fr-F1.2 (2 pages).

63. Moller U. Terahertz reflection spectroscopy of Debye relaxation in polar liquids/ U. M0ller, D.G. Cooke, K. Tanaka, P.U. Jepsen // J. Opt. Soc. Am. B.-2009.- V.26.- P.A113-A125.1. Благодарности

64. Автор весьма признателен руководству и сотрудникам отдела физической электроники ИРЭ РАН за большую помощь в течение всей работы над диссертацией.

65. А.Ф. Волкову я благодарен-за полезные обсуждения на начальном этапе работ по ВТСП и особенно за предложение использовать модель двумерной решетки, состоящей из межзеренных джозефсоновских переходов с экспоненциально широким разбросом параметров.

66. Автор благодарен своим соавторам по гильберт-спектроскопии, А .Я. Шульману и О.Ю. Полянскому, за творческое сотрудничество в период разработки метода.

67. Автор весьма признателен директору ИРЭ РАН академику Ю.В. Гуляеву за помощь и поддержку.

68. Автор благодарен руководству и сотрудникам Института микроструктурных исследований Исследовательского центра г. Юлиха за помощь автору во время работы в рамках договора о научном сотрудничестве.

69. Автор весьма благодарен директору Института микроструктурных исследований профессору К. Урбану за поддержку работ по детекторным и спектроскопическим применениям ВТСП переходов и совместное руководство аспирантами В.В. Широтовым и М.В. Лятти.

70. Автор признателен директору института Университета г. Тюбингена профессору Р.П. Хюбнеру за поддержку совместной работы по сравнению электронного и лазерного зондирования ВТСП структур.

71. Автор считает своим приятным долгом выразить признательность А. А. Волкову (ИОФ РАН) за предоставление набора тонкопленочных аттенюаторов для терагерцового излучения.

72. Я благодарен свой семье за пол* а веру.