Энергетическая релаксация в примесных металлах, двумерном электронном газе в AlGaAs-GaAs, сверхпроводниковых пленках NbN и детекторы субмиллиметрового и ИК излучения на их основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Чулкова Галина Меркурьевна

Энергетическая релаксация в примесных металлах, двумерном электронном газе в АЮаАэ-СаАв, сверхпроводниковых пленках NbN и детекторы субмиллиметрового и ИК излучения на их

основе

Специальность 01.04.07 - «Физика конденсированного состояния»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

2 2 СЕН 2011

Москва-2011

4853523

Работа выполнена в на кафедре общей и экспериментальной физики факультета физики и информационных технологий Московского педагогического государственного унйверситета

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор,

Гольцман Григорий Наумович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Пудалов Владимир Моисеевич

доктор физико-математических наук, профессор, Куприянов Михаил Юрьевич

доктор физико-математических наук, профессор, Кошелец Валерий Павлович

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт физики микроструктур РАН (ИФМ РАН), Нижний Новгород.

Защита состоится 17 октября 2011 года в на заседании

диссертационного совета Д 212. 154.22 при Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119435, г. Москва, ул. Малая Пироговская, д. 29, ауд. 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского педагогического государственного университета по адресу: 119991, г. Москва, ул. Малая Пироговская, д.1., стр. 1

«Л, М

Автореферат разослан « •У » ^_2011 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Ильин В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию особенностей энергетической релаксации в тонких неупорядоченных металлических пленках, гетероструктурах с двумерным электронным газом на границе, сверхпроводниковых пленках и разработке детекторов субмиллиметрового и инфракрасного диапазонов

Одним из базовых элементов современной электроники является тонкий слой (субмикронной или нанометровой толщины) проводящего материала, в котором носители тока находятся в неравновесных условиях. Это может быть слой металла, полупроводника или сверхпроводника. Неравновесность создается внешним воздействием - излучением, током, ультразвуком, что диктуется принципами работы того или иного электронного устройства, в состав которого входит подобный тонкослойный элемент. Для разработки адекватных моделей таких устройств чрезвычайно важно понимание механизмов энергетической релаксации носителей тока в таких структурах.

Особое значение процессы энергетической релаксации имеют для низкотемпературных устройств, например, для сверхвысокочувствительных приемников излучения. При низких температурах и в условиях интенсивного электрон-электронного взаимодействия определяющим каналом энергетической релаксации является электрон-фононное взаимодействие. Управление процессом электрон-фононного взаимодействия можно осуществлять путем варьирования времени энергетической релаксации с помощью изменения рабочей температуры, количества примесей, размерности. Все это позволяет получать параметры устройств, необходимые для практических применений. Актуальность исследования

Проблема энергетической релаксации в присутствии различных неоднородностей (примеси, дефекты решетки, границы, флуктуации удерживающего потенциала) является вопросом фундаментальной важности как для многих разделов физики конденсированного состояния, так и для большого числа приложений. Многочисленные исследования показывают, что электрон-фононное взаимодействие значительно модифицируется в неупорядоченных и низкоразмерных проводниках. Скорость энергетической релаксации электронов и температурная зависимость сопротивления в примесных металлах, тонких пленках и полупроводниковых низкоразмерных структурах существенным образом отличаются от тех же величин в чистых объемных материалах.

С одной стороны, это связано с тем, что в неупорядоченных тонких пленках металлов и квантовых ямах спектр фононов может быть сильно

модифицирован по сравнению с чистыми объемными металлами, и в зависимости от условий фононы могут быть либо двумерными, либо трехмерными.

С другой стороны, в неупорядоченных проводниках возникают дополнительные каналы рассеяния. Кроме процесса "чистого" электрон-фононного рассеяния, которое имеет место в чистых металлах, существует дополнительный процесс: неупругое рассеяние электронов на колеблющихся примесях, дефектах или колеблющихся границах и удерживающем электронном потенциале. Совместно с упругим рассеянием электронов и чистым электрон-фононным рассеянием этот механизм порождает широкое разнообразие интерференционных процессов.

В низкоразмерных структурах (квантовых ямах, гетероструктурах) модификация электрон-фононного взаимодействия в основном связана с изменением энергетического спектра электронов: в частности, в вырожденных структурах, благодаря меньшей по сравнению с металлами энергии Ферми, становится существенным размерное квантование плотности состояний. В то же время фононы, по крайней мере, в гетероструктурах, остаются трехмерными, так как для фононов отсутствует граница между двумерным слоем и объемным материалом. Примеси и дефекты в двумерных структурах также как и в металле порождают дополнительные каналы рассеяния.

В вопросе о величине и температурной зависимости вклада чистого электрон-фононного взаимодействия в различных материалах пока нет полной ясности. Эта проблема, в том числе, тесно связана с нахождением предельной подвижности при низких температурах, которая определяется рассеянием на акустических фононах. В настоящее время даже в лучших структурах, полученных благодаря последовательному усовершенствованию процессов роста гетероструктур в течение ряда лет, измеренная подвижность электронов (большая чем 107см /Вс при гелиевых температурах) обусловлена примесным рассеянием, и предельные, ограниченные фононным рассеянием, величины подвижности вряд ли могут быть достигнуты. До недавнего времени значение предельной подвижности при низких температурах можно было оценить из измерений мощности энергетических потерь, приходящихся на один электрон, в условиях сильного разогрева. Прямые измерения времени энергетической релаксации в квазиравновесных условиях, которое определяется только неупругим взаимодействием электронов с фононами и не зависит от упругого рассеяния на примесях, позволяют в конечном итоге определить предельные значения подвижности с большей точностью. Прямые измерения времени энергетической релаксации в полупроводниковых гетероструктурах при низких температурах позволят существенно расширить понимание процессов электрон-фононного взаимодействия в них.

Исследование процессов энергетической релаксации в сверхпроводниковых тонкопленочных наноструктурах является одним из самых актуальных вопросов физики сверхпроводников, и обсуждается во многих работах последнего времени [1-8]. Изучение деталей процесса установления равновесия позволяет выработать более адекватные теоретические представления о динамике неравновесных явлений в сверхпроводниках. Кроме того, многие устройства криогенной электроники функционируют в условиях далеких от равновесия и, поэтому, изучение неравновесных процессов в сверхпроводниковых наноструктурах имеет большое прикладное значение. Для создания практических приемных устройств важно, что наибольший квантовый выход, т.е. количество квазичастиц, образующееся после поглощения фотона сверхпроводящей плёнкой, имеют приборы, в которых Тес^Тс где тсе - время электрон-электронного неупругого рассеяния, а те - время релаксации энергии электронов. При этом вся энергия поглощённого излучения сначала распределится только по электронной подсистеме. В достаточно тонких плёнках наблюдается явление электронного разогрева, когда между электронной и фононной подсистемами не устанавливается термодинамического равновесия [1-8]. Это происходит, если тга<трье, где тю -время ухода энергичных фононов из плёнки, а трье - время неупругого рассеяния фононов на электронах. При электронном разогреве отсутствуют энергетические потери на болометрический нагрев плёнки в целом, и быстродействие прибора полностью определяет величина т^. Реализация обоих из перечисленных условий приводит к высокой чувствительности приёмников с одновременным повышением их быстродействия [9-15].

Цель работы — изучение закономерностей электрон-фононного взаимодействия в тонких неупорядоченных металлических пленках и гетероструктурах с двумерным электронным газом на границе, исследование неравновесных процессов в сверхпроводниковых наноструктурах и создание на их основе электронных приборов и методов регистрации субмиллиметрового и инфракрасного излучения.

Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Провести экспериментальное исследование температурной зависимости сопротивления 11(Т) и особенностей энергетической релаксации носителей в тонких неупорядоченных металлических пленках ЫЬ, А1, Ве в диапазоне температур 4,2 - 300 К.

2. Прямым методом из релаксации фотопроводимости в субмиллиметровом диапазоне экспериментально определить неупругие времена релаксации двумерных носителей в АЮаАв/ОаАз гетероструктурах как в квазиравновесных условиях, так и при разогреве электронов постоянным электрическим полем в интервале температур 1,6-15 К.

3. Провести экспериментальное исследование неравновесных состояний, вызванных поглощением одиночных фотонов в ультратонких сверхпроводящих пленках в условиях протекания тока близкого к критическому значению.

4. Исследовать характеристики однофотонных сверхпроводниковых детекторов на основе пленок ЫЬЫ: квантовой эффективности, уровня темновых срабатываний, спектральной чувствительности.

Объектами исследования являлись тонкие неупорядоченные металлические пленки N1), А1, Ве , гетероструктуры на основе АЮаАБ-СаАв с двумерным электронным газом на границе и узкие (шириной 100 - 200 нм) структуры из сверхпроводящей пленки нитрида ниобия (№>>!) толщиной (4 нм - 20 нм), имеющие форму мостика или меандра площадью 4x4 мкм2, либо 10x10 мкм2.

Предметом исследований являются

• температурные зависимости сопротивления и особенности энергетической релаксации носителей в тонких неупорядоченных металлических пленках М>, А1, Ве;

• температурные зависимости времени неупругой релаксации двумерных носителей в АЮаАз/ОаАэ гетероструктурах в квазиравновесных условиях и при разогреве электронов электрическим полем;

• неравновесные состояния, вызванные поглощением одиночных фотонов в ультратонких сверхпроводящих пленках в условиях протекания тока близкого к критическому значению;

• характеристики однофотонных сверхпроводниковых детекторов на основе пленок №>>!.

Методы исследования

В работе применялись методы исследования температурной зависимости электрического сопротивления тонкопленочных металлических образцов, метод измерения релаксации фотопроводимости гетероструктуры в субмиллиметровом диапазоне волн, метод регистрации фотоотклика сверхпроводниковой наноструктуры в инфракрасном диапазоне при поглощении одиночных фотонов, а также методы измерения темновых импульсов сверхпроводниковой наноструктуры и спектральной чувствительности в инфракрасном диапазоне волн. Измерения проводились при криогенных температурах.

В процессе работы были получены новые научные результаты: 1. Исследованы температурные зависимости пленочных образцов примесных металлов (А1, №>, Ве) в области температур 4,2 -5- 300 К. Во всех материалах выделен квадратичный по температуре вклад в сопротивление,

пропорциональный остаточному сопротивлению ро, и обратно пропорциональный длине свободного пробега (Г1).

2. Впервые определены константы взаимодействия электронов с поперечными фононами и проведен расчет скоростей неупругой электрон-фононной релаксации в А1, ИЬ, Ве. Показано, что взаимодействие с поперечными фононами играет ключевую роль в процессе неупругой электрон-фононной релаксации.

3. Прямым методом по регистрации фотоотклика в субмиллиметровом диапазоне волн определены времена неупругой релаксации двумерных носителей в АЮаАБЛЗаАз гетероструктурах в квазиравновесных условиях и при разогреве электронов постоянным электрическим полем в интервале температур 1,6-15 К. Показано, что времена релаксации энергии при этом определяются электронной температурой.

4. Обнаружен и изучен эффект однофотонного детектирования света видимого и ИК диапазонов в сверхпроводниковых №>К наноструктурах толщиной 4 -10 нм и шириной -100 нм при температуре ниже температуры сверхпроводящего перехода в условии протекания электрического тока, близкого по величине к критическому току.

5. На основе ультратонких сверхпроводниковых пленок №>Н разработаны однофотонные детекторы. Исследована квантовая эффективность таких детекторов при температурах 1,8 - 4,2 К в зависимости от транспортного тока.

6. Обнаружена зависимость квантовой эффективности сверхпроводниковых однофотонных детекторов от толщины пленки.

7. Исследована зависимость скорости темнового счета сверхпроводниковых однофотонных детекторов от транспортного тока. Показано, что она имеет экспоненциальный характер.

8. Исследована спектральная зависимость квантовой эффективности сверхпроводниковых однофотонных детекторов в видимом, ближнем и среднем ИК диапазонах при различных температурах. Наблюдается повышение квантовой эффективности при увеличении транспортного тока и понижении температуры.

9. Из экспериментальных данных по квантовой эффективности и скорости темнового счета определена мощность эквивалентная шуму сверхпроводниковых однофотонных детекторов на длинах волн 1,26- 6 мкм в диапазоне температур 2-4,9 К, установлено ее уменьшение при понижении рабочей температуры детектора. Мощность эквивалентная шуму сверхпроводникового однофотонного МзЫ детектора на длине волны 1,26 мкм при Т=2,ЗК достигает значения ~5х 10"21 Вт Гц1/2.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Вклад в сопротивление примесных металлов (А1, КЪ, Ве), квадратичный по температуре и пропорциональный остаточному сопротивлению р0 и обратно пропорциональный длине свободного пробега (Г1), обусловлен интерференцией электрон-фононного и электрон-примесного взаимодействий. Этот вклад определяется взаимодействием электронов с поперечными фононами при неупругом рассеянии электронов на примесях. Величина интерференционного вклада возрастает в металлах с большим отношением скоростей продольного и поперечного звука;

2. Константы взаимодействия электронов с поперечными фононами имеют следующие значения: в № величина константы составляет 10,3 в А1 - 4,67, в Ве - 4,3. Получены температурные зависимости скоростей неупругой электрон-фононной релаксации в А1, №>, Ве;

3. Значения времени неупругой релаксации двумерных носителей в АЮаАз/ОаАэ гетероструктурах в квазиравновесных условиях и при разогреве электронов постоянным электрическим полем в интервале температур 1,6-15К, полученные впервые из измерений фотоотклика в субмиллиметровом диапазоне волн составляют: 1,23 не при Т=1,6 К и 0,93 не при Т=15 К. В неупругих процессах рассеяния электронов при Т<5 К преобладает пьезоакустический механизм электрон-фононного взаимодействия;

4. При поглощении фотона видимого и ИК диапазонов в сверхпроводниковых однородных ММ наноструктурах толщиной 4 - 10 нм и шириной ~100 нм при температуре ниже температуры сверхпроводящего перехода в условии протекания электрического тока, близкого по величине к критическому току, возникает импульс напряжения. На основе этого эффекта предложен новый тип однофотонного детектора;

5. Для лучших М^ сверхпроводниковых однофотонных детекторов квантовая эффективность на длине волны 1.26 мкм достигает значения 30% уже при температуре 4.2К и не испытывает существенного увеличения с понижением рабочей температуры детектора до 1.7К, в то время, как для большинства детекторов наблюдается повышение квантовой эффективности с 5-10% при 4.2К до 30% при 1.7К. Предельная величина квантовой эффективности ~30% обусловлена максимальным значением коэффициента поглощения пленки ЫЬЫ в видимом и ИК диапазонах;

6. На длине волны 2,4 мкм квантовая эффективность сверхпроводниковых однофотонных детекторов из плёнки толщиной ~ 3,5нм при прочих равных условиях на три порядка превышает квантовую эффективность детекторов из плёнки толщиной 10нм;

7. Мощность эквивалентная шуму МэИ сверхпроводниковых однофотонных детекторов на длине волны 1,26 мкм при Т=2,ЗК достигает значения ~5х10"21 Вт Гц"ш при токе смещения 0,87 от критического значения.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современных методов исследования, согласием полученных данных с последующими экспериментальными и теоретическими исследованиями других авторов и успешным функционированием практических устройств, созданных в результате работы.

Практическая значимость работы

1. На основе проведенных экспериментов предложена методика экспресс-оценки скорости энергетической релаксации в тонких металлических пленках по результатам измерения температурной зависимости сопротивления. Такая методика позволяет быстро тестировать материалы и осуществлять целенаправленный поиск материалов и структур с заданными значениями времени энергетической релаксации, что является решением важной проблемы при создании быстродействующих электронных устройств.

2. Полученные прямым методом данные о временах энергетической релаксации двумерных электронов позволяют оценить инерционность детекторов, работающих на электронном разогреве в 2Б-структурах АЮаАБ/ОаАз, а также полосу преобразования смесителей субмиллиметрового диапазона на таких структурах.

3. В результате проведенного исследования создан детектор одиночных фотонов на основе тонкой сверхпроводящей пленки №>>1. Детектор обладает рекордными значениями чувствительности, быстродействия и низким уровнем темновых срабатываний в широком спектральном диапазоне. Благодаря уникальности характеристик сверхпроводникового однофотонного детектора появился целый ряд новых возможностей для неразрушающего контроля больших интегральных схем, регистрации сверхслабого излучения в сочетании с высоким временным разрешением в телекоммуникационных линиях, в биомедицинских системах создания изображений, в метрологии для измерения сверхмалых мощностей излучения путём счёта единичных фотонов, в системах квантовой криптографии.

В ЗАО «Сверхпроводниковые нанотехнологии» изготовлены приёмные системы, чувствительным элементом которых является сверхпроводниковый однофотонный детектор. Из динамики заказов видно, что рынок сверхпроводниковых приёмных систем стремительно расширяется. Благодаря высоким характеристикам, эти системы успешно конкурируют с некриогенными аналогами. Кроме того, использование криорефрижираторов замкнутого цикла для сверхпроводниковых однофотонных детекторов позволяет сделать эти приёмные системы такими же простыми в эксплуатации

для конечного пользователя, как и некриогенные приборы (например, лавинные диоды или фотоумножители).

Фактически, начав десять лет назад исследования взаимодействия одиночных фотонов с носителями в узких и тонких сверхпроводящих полосках при протекании в них транспортного тока близкого к критическому значению, автор данной работы стала одним из основоположников этого направления в физике неравновесных явлений в сверхпроводниках. Уровень научных результатов и рекордные характеристики, разрабатываемых в МПГУ приборов, стимулировали развитие данного научно-технического направления в ряде зарубежных научных центров и коммерческих компаний, с которыми МПГУ осуществляет сотрудничество. Многие из них получают пленки или готовые наноструктуры от МПГУ в рамках совместных работ.

Совокупность полученных в диссертации результатов является крупным научным достижением в области физики конденсированного состояния -экспериментальном изучении свойств неупорядоченных металлических пленок и неравновесных процессов в сверхпроводниковых и полупроводниковых наноструктурах. Таким образом, проведенное исследование соответствует паспорту специальности 01.04.07 - физика конденсированного состояния.

Внедрение научных результатов

Полученные в диссертационной работе результаты использовались при выполнении следующих проектов и грантов:

Проект AB ЦП Рособразования "Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)", в государственных контрактах по ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы», № 02.513.11.3253, № 02.445.11.7434, № 02.513.12.0030

В грантах РФФИ-04-02-17375, РФФИ-ГФЕН 04-02-39016 В гранте 6-й Европейской рамочной программы, NMP4-CT-2005 -16433 В грантах ИНТАС 03-51-4145, ИНТАС 03-56-63

В грантах CRDF RE2-2529-MO-03, CRDF RE2-2531-МО-ОЗ, CRDF RUP2-590-М0-06, CRDF RUP2-005054-MO-05

В проекте № 5388, контракт 6191р/5388по программе СТАРТ Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Результаты работы внедрены в ЗАО "Сверхпроводниковые нанотехнологии" (ЗАО «Сконтел»).

При проведении исследований были получены патенты: - патент на изобретение № 2300825 зарегистрирован 10.06.2007 приоритет от 21.12.2005, "Быстродействующий сверхпроводниковый однофотонный детектор"; авторы Гольцман Г.Н., Чулкова Г.М.. Окунев О.В., Воронов Б.М., Каурова Н.С., Корнеев A.A., Антипов A.B., Минаева О.В.;

- патент на изобретение № 2327253 зарегистрирован 20.06.2008, приоритет от 15.08.2006 "Быстродействующий сверхпроводниковый однофотонный детектор с полосковыми резисторами"; авторы Гольцман Г. Н., Чулкова Г. М.. Окунев О. В., Мельников А. П., Воронов Б. М., Каурова Н. С. Корнеев А. А., Антипов А. В., Минаева О. В., Дивочий А. В.

- патент на изобретение №2346357 зарегистрирован 10.02.2009; приоритет от 26.06.2007; "Сверхпроводниковый фотонный детектор видимого и инфракрасного диапазонов излучения, различающий число фотонов", авторы Гольцман Г. Н., Чулкова Г. М.. Корнеев А. А., Дивочий А. В.

Апробация результатов. Результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались на следующих конференциях: XXX Совещании по физике низких температур (Дубна, 1994); XI конференции по электронным свойствам двумерных систем, Ноттингем, Великобритания (1995); 21 Международной конференции по физике низких температур в Праге, Чехия (1996); 5 научном семинаре "Нанотехнологии в области физики, химии и биотехнологии" (2002); Международной конференции по квантовой электронике «Nano and Giga Challenges in Microelectronics Research and Opportunities in Russia», Москва, Россия (2003); IV Международной научно-технической конференции МИЭТ, Москва (2004); на 6 Европейской конференции по прикладной сверхпроводимости; Пятом международном российско-украинском семинаре «Нанофизика и наноэлектроника», С.Петербург, Россия; Международной научной конференции «Пленки - 2004» Москва, Россия; 29 Международной конференции по инфракрасным и миллиметровым волнам, Карлсруэ, Германия (2005); 2 Международной конференции по оптоэлектронике и физике лазеров (CAOL), Ялта, Крым, Украина (2005); Международном симпозиуме по фотонике (OPERA), Вроцлав, Польша (2006); Международной конференции по инфракрасным и миллиметровым волнам IRMMW 2007, Кардифф, Великобритания; Рабочей встрече по однофотонным детекторам Single-Photon Workshop 2007, Турин, Италия; 12 Международной рабочей встрече по низкотемпературным детекторам, Париж, Франция (2007); 8 Европейской конференции по прикладной сверхпроводимости EUCAS - 2007, Брюссель, Бельгия; IX Международная конференция «Опто- наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы», Ульяновск (2007); Рабочей встрече по фундаментальным исследованиям электронных наноситем, Nano Питер 2008, Санкт-Петербург, Россия; Международной конференции «Single Photon Workshop 2009», Boulder, Колорадо, США, 2009; XIII, XIV, XV международных симпозиумах «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород (2009, 2010, 2011); XXI Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, Москва, (2010); Ш-ей Международной научной

конференции «Функциональная компонентная база микро-, опто- и наноэлектроники», Крым, Украина (2010).

Личный вклад автора

Исследования, связанные с развитием научного направления по изучению интерференции электрон-фононного и электрон-примесного взаимодействий в примесных металлах, проведены в соавторстве с А.В. Сергеевым, автором теоретической модели. Исследования неупругой релаксации двумерных носителей в АЮаАзЛЗаАз гетероструктурах и эффекта однофотонного детектирования света видимого и ИК диапазонов в сверхпроводниковых N1^ наноструктурах проведены совместно с Г.Н. Гольцманом, который является научным наставником и коллегой автора на протяжении всей профессиональной деятельности. Все экспериментальные исследования сверхпроводниковых однофотонных детекторов проводились автором лично совместно с К.В. Смирновым, О.В. Окуневым и А.А. Корнеевым. Автор осуществлял анализ и обобщение полученных данных, интерпретировал полученные результаты и проводил все необходимые расчеты. Все результаты, выносимые на защиту, получены автором или при его определяющем вкладе.

Публикации

По результатам проведенных исследований опубликовано 69 работ, в том числе 24 в ведущих рецензируемых отечественных и зарубежных журналах, а также в материалах Всероссийских и международных конференций. Получено 3 патента.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, приложения и списка цитируемой литературы. Диссертационная работа изложена на 220 страницах, включая 67 рисунков, 10 таблиц, 1 приложение и список литературы из 140 наименований.

Содержание работы

Во введении кратко сформулирована цель диссертационной работы, обоснована ее актуальность, защищаемые положения, научная новизна, выбор объектов и методов исследования.

В первой главе приведен обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных исследованию электрон-фононного взаимодействия в металлических пленках, содержащих примеси. Основное внимание уделяется интерференции электрон-фононного и электрон-примесного рассеяния. Кратко рассмотрены основные механизмы рассеяния электронов в металлах: электрон-фононное взаимодействие, электрон-электронное взаимодействие, примесное рассеяние.

Рассмотрены выводы теории электрон-фонон-примесной интерференции. В примесных металлах наблюдаются иные, чем в чистых металлах,

температурные зависимости времени электрон-фононного рассеяния те.рь [10,11], а также температурные зависимости сопротивления (см., например, [2,3]). Согласно современным теоретическим представлениям, а также ряду экспериментальных работ, с усилением разупорядоченности взаимодействие электронов с продольными фононами должно ослабевать, а с поперечными -усиливаться. Сложность понимания электрон-фононного взаимодействия в примесном металле связана с большим числом каналов рассеяния электронов, обусловленных интерференцией электрон-фононного и электрон-примесного процессов рассеяния. К процессу "чистого" электрон-фононного взаимодействия, добавляется неупругое взаимодействие электронов с колеблющимися примесями, дефектами и колеблющимися границами. Вместе с упругими процессами рассеяния электронов и "чистым" электрон-фононным взаимодействием эти механизмы порождают широкий спектр интерференционных процессов.

В работе [12] Рейзером и Сергеевым были учтены все возможные каналы рассеяния, и получены выражения для Др,м. Авторы [12] показали, что вклад Др Ш(Т) пропорционален остаточному сопротивлению р0 и квадратично зависит от температуры в области Т « 0р. Качественно новым результатом работы [12] явилось доказательство того факта, что наиболее существенный вклад в Др 1п( вносит взаимодействие электронов с поперечными фононами. Последовательное рассмотрение электрон-фонон-примесной интерференции в примесных металлах [12] приводит к парадоксальному, на первый взгляд, результату: вклады в сопротивление за счет взаимодействия с поперечными и продольными фононами имеют разные знаки, причем в последнем случае вклад в сопротивление отрицателен (в противоположность ошибочным результатам ряда предшествующих теоретических работ). Подчеркнем, что анализируемые ниже данные были получены в области температур, где реализуется условие чистого предела ц(. > 1. При выполнении этого условия, а также в предположении, что р0»Др(Т), поправка к сопротивлению Др ы> связанная с интерференцией электрон-фононного и электрон-примесного взаимодействий, описывается выражением [12] (х=&1/Г):

константы ¡3] и Р, описывают взаимодействие электронов с тепловыми продольными и поперечными фононами, соответственно, - плотность электронных состояний без учета спина, и1 и и, - скорости распространения продольных и поперечных фононов, соответственно.

с ск •

В рамках модели "желе" общая поправка к сопротивлению положительна, т.к. вклад продольных фононов в сопротивление оказывается очень малым (теоретически он не превосходит 2%, для типичной величины отношения и/и^-ьЗ).

Поэтому, из данных по сопротивлению представляется возможным независимым образом определить константу взаимодействия электронов с поперечными фононами и рассчитать скорость неупругой релаксации, обусловленную рассеянием на продольных и поперечных фононах.

В данной главе приведен также обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных определению релаксационных характеристик, мощности энергетических потерь при разогреве носителей и подвижности в области низких температур в двумерном электронном газе (2Э - газе) в АЮаАз/ОаАэ гетероструктурах. Рассмотрены основные свойства гетероструктур, представлены основные теоретические результаты по изучению процессов электрон-фононного взаимодействия в 2Б- газе, проводится обсуждение результатов экспериментальных исследований.

Основными свойствами двумерных систем являются квантование энергии электронов и их плотности состояний. Энергии в направлении, перпендикулярном к поверхности квантуются и образуют подзоны с минимумами, соответствующим энергетическим уровням.

Наиболее важные механизмы рассеяния 2Е)- электронов для типичных АЮаАз/ОаАэ гетероструктур при низких температурах - это взаимодействие с акустическими модами двумя разными путями: либо через деформационный потенциал, либо электростатически, посредством пьезоэлектрического взаимодействия. Серия работ Карпуса посвящена исследованию пьезоакустического (РА) и деформационного (Е>А) механизмов рассеяния в вырожденном и невырожденном двумерном электронном газе и расчету подвижности и мощности энергетических потерь, в частности для гетероструктур ОаАз/АЮаАз. Им получены аналитические выражения для предельных случаев и приведен численный расчет ц и 0е в широкой температурной области, где происходит переход от пеьзоакустического механизма рассеяния при низких температурах к деформационному при высоких температурах. Как следует из теоретических работ [13,15,16] в диапазоне температур 1.5-20К РА и ОА рассеяние оказываются одного порядка. При высоких температурах преобладает БА - рассеяние, при низких РА - рассеяние.

Во второй главе представлен обзор моделей механизмов возникновения отклика при поглощении одиночных фотонов в сверхпроводниковой тонкой пленке в условиях протекания транспортного тока, близкого к критическому значению. Стимулом для создания теоретической модели работы сверхпроводящего однофотонного детектора [21-22] послужил

эхспериментально обнаруженный в настоящем исследовании эффект однофотонного детектирования, возникающий в сверхпроводящих полосках при условии смещения их током близким к критическому значению при температуре ниже критического значения. Теоретическая модель отражает основные особенности наблюдаемых процессов.

Кратко модель можно представить следующим образом: при поглощении фотона в малой области сверхпроводящей полоски образуется «горячее пятно», в котором сверхпроводимость подавлена. По мере разрастания горячего пятна и подавления параметра порядка в пятне, происходит перераспределение тока по сечению полоски: ток вытесняется из области, где параметр порядка подавлен. Характерное время формирования пятна и соответствующего подавления параметра порядка есть пс. Поскольку это время велико по сравнению со

перераспределения плотности тока квазистационарным - ток перераспределяется в соответствии с меняющейся кинетической индуктивностью. После превышения плотностью тока критического значения, часть тока начинает переноситься квазичастицами, начинается диссипация энергии и формируется резистивная перемычка по всей ширине полоски, что сопровождается импульсом напряжения.

Третья глава посвящена объектам и методам исследования и применяемым в данной работе экспериментальным методикам.

Описана использованная методика исследования температурной зависимости сопротивления тонких разупорядоченных металлических пленок. Сопротивление таких пленок в широкой области температур определяется примесным рассеянием, вероятность которого в металлах не зависит от температуры. Выделение температурно-зависимой части сопротивления, связанной с интерференцией электрон-фононного и электрон-примесного взаимодействий, а также чисто электрон-фононным взаимодействием требует высокой точности измерения сопротивления в широком диапазоне температур. Так как Дрщ/Дро не зависит от длины свободного пробега, то для однозначного выделения интерференционного вклада в сопротивление необходимы измерения на образцах с различными значениями длины свободного пробега. Анализ результатов измерений требует знания электронных и фононных параметров данного материала. Для полноты картины необходимы измерения на пленках различных металлов.

В данной главе изложены также методы исследования времени релаксации энергии в двумерном электронном газе в гетероструктурах на основе АЮаАБ/ОаАз. Автором впервые прямым методом были проведены измерения времени энергетической релаксации тЕ двумерных электронов на границе гетероперехода ОаАз/АЮаАэ при температурах 1,6-20 К в квазиравновесных

временем отклика сверхтока

можно считать процесс

условиях. В данной работе применялся метод, который ранее успешно использовался для исследования сверхпроводниковых структур [14]. Измерения проводились на спектрометре-релаксометре миллиметрового диапазона волн с высоким временным разрешением, который был создан в МПГУ при участии автора. Методика исследования основана на использовании биений колебаний двух когерентных источников излучения с близкими частотами, частота одного из них фиксирована, а второй может плавно перестраиваться по частоте в достаточно широком диапазоне посредством изменения анодного напряжения. Высокая стабильность разности частот этих источников (частоты биений) £ позволяет осуществить узкополосный режим регистрации и резко повысить чувствительность экспериментальной установки.

Измерения в квазиравновесных условиях, т.е. в таких малых полях, что разогрев носителей был незначителен, предъявляют высокие требования к чувствительности измерительной аппаратуры, так как величина сигнала Аи мала из-за слабой температурной зависимости сопротивления образца, которая определяется электрон-фононным взаимодействием, в то время как при низких температурах основной вклад в сопротивление вносит температурно независимое примесное рассеяние. Кроме того, для выполнения условий квазиравновесности суммарная поглощенная образцом мощность электромагнитного излучения Р^ и по постоянному току Ре ограниченна. Предельно допустимые значения (Ре_+Ре) к тому же уменьшаются при понижении температуры из-за роста т£ [15-16]. Чувствительность используемой нами измерительной аппаратуры позволяла проводить исследования при Рстш~5-10"17Вт/эЛ И Ре-шш- 10 "17Вт/эЛ.

Измерения т£ (Ре) при различных температурах решетки показали, что мощность Ре=5-10'17 Вт/эл удовлетворяет условиям квазиравновесности лишь при Т>ЗК. Поглощенная электронами мощность электромагнитного излучения Ре была достаточно малой, так что возникающее изменение электронной температуры ДТе « Те, и процесс релаксации энергии системы может быть описан одним значением те(Те), как и в квазиравновесных условиях. Путем экстраполяции измеренных зависимостей т6(Ре) к Ре-»0 были получены квазиравновесные значения те при низких температурах

В главе изложены методы регистрации фотоотклика сверхпроводниковой наноструктуры в инфракрасном диапазоне, а также методы измерения темновых срабатываний и спектральной чувствительности в инфракрасном диапазоне волн.

Использованные в работе сверхпроводящие пленки ММ толщиной 3,520 нм были получены методом реактивного магнетронного распыления № мишени на постоянном токе в смеси Аг и Плёнки имели критическую температуру ТС=10-11К, ширину сверхпроводящего перехода ДТС~0,3 К,

плотность критического тока ]с=б-7-106А/см2 и поверхностное сопротивление 11а=150-500 Ом/квадрат в зависимости от их толщины. Методом электронной литографии изготавливались одиночные мостики и меандры, заполняющие площадь 4x4 мкм2 или 10x10 мкм2, с шириной полоски от ~100нм и коэффициентом заполнения 1:4. Качество образцов контролировалось по зависимости сопротивления от температуры, по величине критического тока и по изображениям на микроскопе атомных сил. В главе описаны экспериментальные установки, позволяющие проводить . измерения характеристик однофотонных детекторов в диапазоне длин волн от 450 нм до б мкм с пикосекундным разрешением; изложены методы измерения основных характеристик однофотонных детекторов. Особенностью методик исследования однофотонных процессов является статистический характер измеряемых величин. Излучение света ослаблялось набором фильтров настолько, чтобы большая часть дошедших до приёмника оптических импульсов содержала всего несколько фотонов.

В четвертой главе представлены результаты исследований электрон-фонон-примесной интерференции в тонких пленках примесных №>, А1, Ве. Показано, что поправка к сопротивлению, обусловленная интерференцией, пропорциональна Т и остаточному сопротивлению. Интерференционный вклад преобладает при довольно низких температурах. Температурная зависимость сопротивления в более широкой области температур хорошо описывается суммой интерференционного и электрон-фононного вкладов. Из экспериментальных данных рассчитаны константы взаимодействия электронов с поперечными и продольными фононами. Полученные результаты позволили рассчитать время неупругого электрон-фононного рассеяния в исследованных материалах. Результаты исследований, приведенные в данной главе, позволяют сделать следующие выводы:

1. Экспериментально установлено существование дополнительного вклада в сопротивление в тонких пленках №>, А1, Ве, пропорционального при низких температурах Т2 и р0, связанного с интерференцией электрон-фононного и электрон-примесного рассеяния (см. Рис.1). Этот вклад определяется главным образом взаимодействием электронов с поперечными фононами при неупругом рассеянии электронов на примесях. Показано, что в примесных металлах это взаимодействие играет ключевую роль в широком диапазоне температур. Величина интерференционного вклада возрастает в металлах с большим отношением скоростей продольного и поперечного звука (№> - Рис.1 Ь).

ю-1

I

1СГ1

№

ЯМ™

/

У '

В<7 / ь

100 300

Т(Ю Т(К) Т(К)

Рис. 1. Температурные зависимости Др(Т)/р0 з (р(Т)-р0)/ро для образцов А1, N1), Ве с различными значениями I (•) и (♦). Пунктиром показана температурная зависимость вклада Др1м/р<>."Зависимости вклада Блоха-Грюнайзена Др е.р1,(Т)/ро показаны точечными линиями, а теоретические зависимости Др(Т)/р0, представляющие собой сумму интерференционного вклада и вклада Блоха-Грюнайзена - сплошными линиями. Погрешность Др соответствует неточности в определении р0.

2. Показано, что в тонких пленках примесных металлов температурная зависимость сопротивления в широком диапазоне температур определяется суммой вкладов чистого электрон-фононного взаимодействия и электрон-фонон-примесной интерференции. Температура кроссовера этих двух вкладов сильно зависит от длины свободного пробега электронов и от отношения скоростей продольного и поперечного звука: чем больше это отношение, тем шире температурный интервал, в котором доминирует интерференционный вклад в сопротивление. Наибольшую разницу в значениях I была для образцов №>, поэтому различия в зависимостях Др(Т)/р0 для разных образцов наиболее сильно проявились в этом материале. Так, как видно из Рис. 1 Ь, для образца № с малым значением I вклад интерференционного механизма рассеяния в сопротивление оказывается существенным даже при комнатной температуре.

3. Из сопоставления экспериментальных данных с теорией впервые определены константы взаимодействия электронов с поперечными фононами. Полученные константы находятся в удовлетворительном соответствии с рассчитанными на основе известных параметров материалов.

4. Расчеты на основании найденных констант показывают, что в примесных металлах взаимодействие электронов с поперечными фононами существенно доминирует в энергетической релаксации электронов.

5. Время энергетической релаксации электронов за счет электрон-фононного взаимодействия при данной температуре существенно зависит как от

параметров материала, так и от I и может реально изменяться в разных материалах в пределах трех порядков величины. В этой связи дальнейшие исследования кинетики электрон-фононного взаимодействия в примесных материалах предствляют большой интерес для многих практических приложений, таких как, например, детекторы и смесители. 6. Проведенные эксперименты позволяют предложить новую методику определения скорости энергетической релаксации по результатам измерения температурной зависимости сопротивления. Такая методика позволяет быстро тестировать материалы и осуществлять целенаправленный поиск материалов и структур с необходимым временем энергетической релаксации. Достаточно хорошее согласие теории и эксперимента позволяет использовать предложенный метод для оценки скорости энергетической релаксации в различных материалах с целью выбора оптимальных значений те.рЬ при создании быстродействующих электронных устройств.

В пятой главе изложены результаты измерения времени энергетической релаксации электронов в 20-структурах ОаАз/АЮаАБ прямым методом в квазиравновесных условиях, а также исследование его температурной и полевой зависимостей с целью уточнения механизмов, ответственных за электрон-фононное взаимодействие в области низких температур. Линейная зависимость те"'(Т) в блох-грюнайзеновской области температур (Т<5К) однозначно указывает на преобладание пьезоакустического механизма электрон-фононного взаимодействия в неупругих процессах рассеяния электронов, хотя вклад рассеяния на деформационном потенциале в этой области температур еще значителен. Полученные результаты можно использовать для определения предела подвижности носителей в двумерном электронном газе, обусловленной рассеянием на акустических фононах. Проведенные нами измерения времени энергетической релаксации электронов в 20-структурах АЮаАз/ОаАБ показывают, что в области температур Т<5К, где тЕ ~ Т1, пьезоакустическин механизм электрон-фононного взаимодействия преобладает в неупругих процессах рассеяния электронов. Значения т6 в этой области температур с высокой точностью совпадают с результатами теории [8,9] (Рис. 2). Это позволило оценить время релаксации импульса тр и предельную подвижность ц=3-107см2/Вс, обусловленную электрон-фононным взаимодействием для N5=4 10исм2 и Т=4,2 К.

ю

о

\

Чтлч

о 2

3

0.1

1

10

100

Рис. 2. Температурная зависимость времени энергетической релаксации (1) — прямые измерения, (2) — экстраполяция тЕ(Рс) к малым значениям Ре, (3) - расчет по теории Карпуса

В шестой главе приведены результаты экспериментальных исследований эффекта детектирования одиночных фотонов видимого и ИК излучения в узких полосках из ультратонкой сверхпроводниковой пленки МЬЫ и основных характеристик созданного на их основе детектора: квантовой эффективности, скорости темнового счета, спектральной чувствительности.

Для наблюдения эффекта однофотонного детектирования в наноструктурах из тонкой сверхпроводниковой пленки МЬМ необходимо, чтобы ток смещения детектора был достаточно близок к критическому току сверхпроводящего перехода. При токе 1=0,951с, реализуется однофотонный режим. При понижении тока до 1=0,81„ зависимость становится пропорциональной квадрату среднего числа фотонов в импульсе. Дальнейшее снижение тока до 0,651с приводит к кубической зависимости вероятности отклика детектора от среднего числа фотонов в импульсе. Веротятность однофотонного процесса для Пуассоновской статистики источника света 1)~/я; двухфотонного

Ррь(2)-—-; трехфотонного ¿>^(3)~определяют зависимости вероятности

испускания оптических импульсов с определённым числом фотонов в зависимости от т - среднего числа фотонов в импульсе.

[12].

Выбирая величину тока смещения, можно задавать режимы работы детектора. Снижение тока приводит к тому, что детектор перестаёт быть чувствителен сначала к однофотонному поглощению, а затем и к двухфотонному поглощению. Наиболее вероятными при токе 0,651с становятся трёхфотонные процессы, поскольку в этом случае вероятность пропорциональна кубу среднего числа фотонов в оптическом импульсе.

В главе также приведены результаты исследования зависимости квантовой эффективности ИЬИ сверхпроводниковых однофотонных детекторов от транспортного тока в диапазоне волн 0,56 - 1,55 мкм

Квантовая эффективность №>Ы сверхпроводниковых однофотонных детекторов (ч) была исследована в видимом свете, ближнем и среднем ИК диапазонах. В видимом и ближнем ИК диапазонах квантовая эффективность была исследована в макете с оптоволоконным кабелем, в качестве источника излучения использовались светодиоды непрерывного излучения. На рис. 3. показаны зависимости квантовой эффективности ц от отношения транспортного тока Д к критическому 1С, измеренные на длине волны 1,26 мкм для двух значений рабочей температуры. Как следует из результатов, понижение температуры приводит к существенному увеличению квантовой эффективности. На рис. 4 представлена зависимость ц от 1ь для одного из лучших детекторов при температурах 4,2 К и 1,8 К. Квантовая эффективность возрастает незначительно (с 30% до 32%) при понижении температуры. Предельная величина квантовой эффективности -30% обусловлена коэффициентом поглощения сплошной пленки МЬЫ толщиной 4нм. Это означает, что лучшие детекторы достигают 100% внутренней квантовой эффективности в ближнем Ж уже при температуре 4,2 К.

При одинаковых значениях транспортного тока квантовая эффективность имеет меньшее значение при более низкой рабочей температуре. Это, по-видимому, можно объяснить увеличением энергетической щели сверхпроводника при понижении температуры. Число квазичастиц, образовавшихся при поглощении фотона, будет несколько меньше, что уменьшит размер горячего пятна.

В главе приведены результаты измерения зависимости квантовой эффективности сверхпроводниковых однофотонных детекторов от

толщины сверхпроводящей пленки. Возрастание квантовой эффективности с уменьшением толщины плёнки находит объяснение в рамках теоретической модели, предложенной в работе [21]. Уменьшение толщины приводит к тому, что энергия поглощённого фотона распределяется по большей площади сверхпроводящей плёнки. В пленке, толщиной значительно меньшей диаметра горячего пятна, оно «расплющивается» поверхностями пленки.

5?

10' | 10'

I 10"

I 10" 1 10"! I ю-3 10"*

7% /ДЛ^

/ %

с к л

д 1

Д Т=2.2 К . о Т=4.2 К

"д о

12 16 20 Транспортный ток, мкм

7П%

-о-Д

(1 д

32%

о Т=4.2К Д Т=1.8 К

12 16 20 24 Транспортный ток, мкм

Рис.3 Зависимость квантовой эффективности ц от транспортного тока /4. Наблюдается увеличение квантовой эффективности при понижении температуры (квадраты соответствуют 4.2 К, треугольники - 2.2 К

Рис 4 Зависимость квантовой эффективности т] от транспортного тока /¡>. Для лучших образцов

«Горячее пятно» становится больше, что повышает вероятность срабатывания однофотонного детектора. С возрастанием размера "горячего пятна" увеличивается вероятность возникновения импульса напряжения в сверхпроводящей полоске, возрастает квантовая эффективность.

В главе приведены результаты измерения зависимости темновых срабатываний сверхпроводниковых однофотонных детекторов от

транспортного тока. Была исследована зависимость скорости темнового счета от транспортного тока I при температуре 4,2 К (Рис.5). Исследования проводились на образцах различной топологии, изготовленных из пленки толщиной 3,5 - 10 нм. Было установлено, что амплитуда и длительность темновых импульсов не отличается от световых. Темновые отсчеты возникают в результате флуктуаций параметра порядка.

В главе приведены результаты измерения спектральной зависимости квантовой эффективности №>14 детекторов на длинах волн 1,26 - 6 мкм и диапазоне температур 2,9 - 4,9 К (Рис 6).

При более низких температурах наклон спектральной зависимости квантовой эффективности становится более пологим, что позволяет проводить спектральные измерения квантовой эффективности в более длинноволновой области ИК диапазона. При уменьшении рабочей температуры до 2,9 К величина квантовой эффективности детектора на длине волны 3,5 мкм увеличивается на два порядка по сравнению с квантовой эффективностью при температере 4,9 К на той же длине волны с близкими значениями транспортных токов детектора. В главе приведены результаты вычислений мощности,

эквивалентной шуму на основе экспериментальных данных по квантовой эффективности и скорости темнового счета (Рис. 7).

ю' ю'

т ю'

0

8"10'

1 ю' В 10«

I«4

w* ю-5

1 ,

тмцииатмси а у

■ 10 т п^1

J

/

/

yS3 /

"О, J

0.75 0.80

0.85 0.90 И,

0.95 1.00

101 10'

i

10J 104 104

IbJ,

-О-1Д-0.94

T-4.9K -■-1Д«0.91 T-2.9K

V

-41

V

0Л 1 1

Длина волны, мкм

Рис. 5 Скорость темнового счета для образцов различной толщины. Сплошные линии аппроксимация по теоретической модели.

Рис. 6 Спектральные зависимости квантовой эффективности для близких токов смещения при разных температурах

При температуре 2,0 К квантовая эффективность достигает 10% для телекоммуникационных длин волн, где величина мощности, эквивалентной шуму NEP меньше, чем 5*10"21 W/Hz1/2. На длине волны 6 мкм NEP NbN детектора достигает значения 2x10"18 W/Hz"2, которое является минимальным среди существующих аналогов однофотонных детекторов.

Рассмотрено практическое применение однофотонных сверхпроводниковых детекторов в областях, требующих детектирования излучения сверхнизкой интенсивности с высоким временным разрешением, таких как: диагностика и тестирование СБИС в электронике, спектроскопия одиночных молекул, анализ излучения квантовых точек в полупроводниковых наноструктурах, для регистрации сверхслабых сигналов в астрономии, в оптических телекоммуникационных системах для регистрации сигнала без использования дорогостоящих оптических усилителей, что может быть важно в протяженных трансконтинентальных волоконно-оптических линиях связи.

Кроме того, применение однофотонных сверхпроводниковых детекторов открывает уникальные возможности создания квантово-криптографических систем для защиты передаваемой информации.

с

О

О

о

О 1.26 цт п 1.55 цт • 5.6 цт

О

0.88 0.92 0.96 1.00

Приведенный ток смещения 1Ь/1с

Рис. 7 Мощность эквивалентная шуму ИЕР Т^ЪИ детектора при температуре 2.0 К

В заключении сформулированы основные результаты и выводы,

полученные в диссертационной работе:

1. Исследование температурных зависимостей пленочных образцов примесных металлов (А1, №>, Ве), в области температур 4,2 -5- 300 К показало, что во всех материалах существует квадратичный по температуре вклад в сопротивление пропорциональный остаточному сопротивлению ро, и обратно пропорциональный длине свободного пробега (Г1), обусловленный интерференцией электрон-фононного и электрон-примесного взаимодействий. Этот факт позволяет отделить исследуемую вклад в сопротивление от вклада, обусловленного электрон-электронным рассеянием, который не зависит от остаточного сопротивления. Величина интерференционного вклада возрастает в металлах с большим отношением скоростей продольного и поперечного звука

2. Показано, что во всей области температур экспериментальная зависимость р(Т) хорошо аппроксимируется суммой интерференционного вклада и вклада чистого электрон-фононного взаимодействия (Блоха-Грюнайзена). Температура перехода (кроссовера) от одного механизма к другому существенно зависит от длины свободного пробега и составляет 120К для ЫЬ, 45К для А1,87К для Ве.

3. Сравнение экспериментальных результатов с теорией позволило определить константы взаимодействия электронов с поперечными фононами в А1, №>, Ве.

С использованием измеренных значений данных констант проведен расчет скоростей неупругой электрон-фононной релаксации в вышеперечисленных материалах. Установлено, что расчетные значения находятся в очень хорошем соответствии с экспериментально измеренной скоростью сбоя фазы волновой функции электрона. Показано, что взаимодействие с поперечными фононами играет ключевую роль в процессе неупругой электрон-фононной релаксации.

4. Время энергетической релаксации электронов за счет электрон-фононного взаимодействия при данной температуре существенно зависит как от параметров материала, так и от длины свободного пробега, и может реально изменяться в пределах трех порядков величины.

5. Прямым методом из регистрации фотоотклика в субмиллиметровом диапазоне волн, определены времена неупругой релаксации двумерных носителей в АЮаАз/ОаАБ гетероструктурах в квазиравновесных условиях и при разогреве электронов постоянным электрическим полем в интервале температур 1,6-15 К. Показано, что времена релаксации энергии при низких температурах определяются электронной температурой. Получено, что время релаксации энергии обратно пропорционально электронной температуре в области низких температур и слабо зависит от температуры при Т>4,2К. Значение тЕ составляет ~ 0,9 не для 1^5=4,2х10псм2 при Т=4,2-г12К. Линейная зависимость те"'(Т) в блох-грюнайзеновской области температур (Т<5К) однозначно указывает на преобладание пьезоакустического механизма электрон-фононного взаимодействия в неупругих процессах рассеяния электронов. Хотя вклад рассеяния на деформационном потенциале в этой области температур еще значителен.

6. Обнаружен и изучен эффект однофотонного детектирования света видимого и ИК диапазонов в сверхпроводниковых М^ наноструктурах толщиной 4 -Юнм и шириной ~100 нм при температуре ниже температуры сверхпроводящего перехода в условии протекания транспортного тока, близкого по величине к критическому току.

5. На основе ультратонких сверхпроводниковых пленок созданы однофотонные детекторы. Исследована квантовая эффективность такого детектора при температурах 1.8 - 4.2 К в зависимости от транспортного тока.

6. Обнаружена зависимость квантовой эффективности сверхпроводниковых однофотонных детекторов от толщины пленки.

7. Исследована зависимость скорости темнового счета сверхпроводниковых однофотонных детекторов от транспортного тока. Показано, что она имеет экспоненциальный характер.

8. Исследована спектральная зависимость квантовой эффективности сверхпроводниковых однофотонных детекторов в видимом, ближнем и среднем

ИК диапазонах при различных температурах. Наблюдается повышение квантовой эффективности при увеличении транспортного тока и понижении температуры.

9. Из экспериментальных данных по квантовой эффективности и скорости темнового счета определена мощность эквивалентная шуму NbN сверхпроводниковых однофотонных детекторов на длинах волн 1,26- 6 мкм в диапазоне температур 2-4,9 К, установлено ее уменьшение при понижении рабочей температуры детектора. Мощность эквивалентная шуму сверхпроводникового однофотонного NbN детектора на длине волны 1,26 мкм при Т=2,ЗК достигает значения ~5*10"21 Вт Гц""2 при токе 0,87 от критического значения.

Основные результаты данной работы опубликованы в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и сборниках трудов научных конференций:

В журналах из Перечня ведущих рецензируемых научных журналов

1. G. Goltsman, A. Korneev, A. Divochiy, О. Minaeva, М. Tarkhov, N. Kaurova, V. Seleznev, В. Voronov, О. Okunev, A. Antipov, К. Smiraov, Yu. Vachtomin, I. Milostnaya, G. Chulkova "Ultrafast superconducting singlephoton detector"// Journal of Modern Optics, 1362-3044, Volume 56, Issue 15, Pages 1670 -1680,2009,0,63 п.л. (авторский вклад 35%)

2. I. Milostnaya, A Korneev, M. Tarkhov, A. Divochiy, O. Minaeva, V. Seleznev, N. Kaurova, B. Voronov, О Okunev, G Chulkova. К Smimov and G. Goltsman -Superconducting Single Photon Nanowire Detectors Development for IR and THz Applications.// Journal of Low Temperature Physics, Vol. 51, pp. 591-596,2008,0,38 п.л. (авторский вклад 30%)

3. E. Reiger, S. Dorenbos, V. Zwiller, A. Korneev, G. Chulkova. I. Milostnaya, O. Minaeva, G. Goltsman, J.Kitaygorsky, Dong Pan, W. Slysz, A. Jukna, R. Sobolevski. Spectroscopy With Nanostructured Superconducting SinglePhoton Detectors.// IEEE journal of selected topics in Quantum Electronics, V.13, N 4, p.l, 2007,0,06 п.л. (авторский вклад 30%)

4. W. Slysz, M.Wegrzecki, J. Bar, P.Grabies, M. Gorska, V. Zwiller, C. Latta, A. Pearlman, A. Cross, D. Pan, I. Komissarov, I. Milostnaya, A. Korneev, O. Minaeva, G. Chulkova. К Smirnov, B. Voronov, G. Goltsman, R. Sobolewski -Fibre-coupled, single photon detector based on nbn superconducting nanostructures for quantum communications// Journal of Modern Optics, 54(2-3):315-326,2007,0,75 п.л. (авторский вклад 35%)

5. G. Gol'tsman, О. Minaeva, A. Korneev, M. Tarkhov, I. Rubtsova, A. Divochiy, I. Milostnaya, G. Chulkova. N. Kaurova, B. Voronov, D. Pan, A.

Cross, A. Pearlman, I. Komissarov, W. Slysz, and R. Sobolewski - Middle-Infrared to visible-light ultrafast superconducting single-photon detector.// IEEE Transactions on Applied Superconductivity, v. 17, issue 2, Part 1 pp. 246-251, 2007,0,31 п.л. (авторский вклад 30%)

6. A.A. Корнеев, О.В. Минаева, И.А. Рубцова, И.И. Милостная, Г.М. Чулкова. Б.М. Воронов, К.В. Смирнов, В.А. Селезнев, Г.Н. Гольцман, А. Перлман, В. Слиц, А. Кросс, П. Альварес, А. Веревкин, Р. Соболевский -Сверхпроводящий однофотонный детектор на основе ультратонкой пленки NbN.// Квантовая электроника, 35 (8), pp. 698-700, 2005, 0,19 п.л. (авторский вклад 20%)

7. A. Korneev, V. Matvienko, О. Minaeva, I. Milostnaya, I. Rubtsova, G. Chulkova. K. Smirnov, V. Voronov, G. Gol'tsman, W. Slysz, A. Pearlman, A. Verevkin, R. Sobolewski- Quantum efficiency and noise equivalent power of nanostructured NbN single-photon detectors in the wavelength range from visible to infrared.// IEEE Transactions on Applied Superconductivity, v.15, N2, pp. 571-574,2005,0,25 п.л. (авторский вклад 35%)

8. A.Verevkin, A. Pearlman, W. Slysz , J. Zhang, M. Currie, A. Korneev, G. Chulkova. O. Okunev, P. Kouminov, K. Smirnov, B.Voronov, G.N.Gol'tsman and Roman Sobolewski - Ultrafast Superconducting Single-Photon Detectors for Near-Infrared-Wavelength Quantum Communications.// Journal of Modern Optics, vol. 51, no. 9-10, pp. 1447-1458,2004, 0,69 п.л.. (авторский вклад 40%)

9. A. Korneev, P. Kouminov, V. Matvienko, G. Chulkova. K. Smirnov, B. Voronov, G. N. Gol'tsman, M. Currie, W. Lo, K. Wilsher, J. Zhang, W. Slysz, A. Pearlman, A. Verevkin, Roman Sobolewski. Sensitivity and gigahertz counting performance of NbN superconducting single-photon detectors.// Applied Physics Letters. V. 84, number 26, pp 5338-5340,28 June 2004, 0,19 п.л. (авторский вклад 20%)

1 O.J.Zhang, W. Slysz, A.Pearlman, A.Verevkin, R.Sobolewski, O.Okunev, G.Chulkova. and G.Gol'tsman- Time delay of resistive-state formation in superconducting stripes excited by single optical photons.// Physical Review В 67,132508-132511,2003, 0,25 п.л. (авторский вклад 40%)

11.A.Korneev, A.Lipatov, O.Okunev, G.Chulkova. K.Smimov, G.Gol'tsman, J.Zhang, W.Slysz, A.Verevkin, R.Sobolewski- GHz counting rate NbN singlephoton detector for IR diagnostics.//MicroeIectronic Engineering, Elsevier, 69, pp. 274-278,2003,0,31 п.л. (авторский вклад 25%)

12.Г.Н. Гольцман, О.В. Окунев, Г.М.Чулкова. А.П. Липатов, А.А. Корнеев, П.Б. Куминов, А.А. Веревкин, Р. Соболевский, Дж. Цханг, К. Уилшер -Прибор для диагностики устройств микро- и наносистемной техники на

основе однофотонного пикосекундного детектора ИК-излучения.// Известия высших учебных заведений. Электроника, №1, стр. 42-48, 2003,0,44 п.л. (авторский вклад 40%)

13 .J. Zhang, W. Slysz, A. Verevkin, О. Okunev, G. Chulkova. A. Korneev, A. Lipatov, G. Gol'tsman, and R. Sobolewski - Response Time Characterization of NbN Superconducting Single-Photon Detectors.// IEEE Transactions Applied Superconductivity, vol. 13, N. 2 pp. 180-183, 2003, 0,25 п.л. (авторский вклад 30%)

14.J. Zhang, N. Boiadjieva, G. Chulkova. H. Deslandes, G. N. Gol'tsman, A. Korneev, P. Kouminov, M. Leibowitz, W. Lo, R. Malinsky, O. Okunev, A. Pearlman, W. Slysz, A. Verevkin, K. Wilsher, C. Tsao, and R.Sobolewski -Non-invasive CMOS circuit testing with NbN superconducting single-photon detectors.// Electronic Letters. 39, pp. 1086-1088,2003, 0,19 п.л. (авторский вклад 20%)

15.A.Lipatov, O.Okunev, K.Smirnov, G.Chulkova. A.Koraeev, P.Kouminov, G.Gol'tsman, J.Zhang, W.Slysz, A.Verevkin, R.Sobolewski -An Ultrafast NbN Hot-Electron Single-Photon Detector for Electronic Applications.// Superconductor Science and Technology, 15, 1689-1692, 2002, 0,25 п.л. (авторский вклад 50%)

16.R.Sobolewski, Y Xu X Zhang, C.Williams, J.Zhang, A.Verevkin, G.Chulkova. A.Korneev; A.Lipatov; O.Okunev; K.Smirnov; G.Gol'tsman - Spectral sensitivity of the NbN single-photon superconducting detector.// IEICE Transactions on Electronics, V. E85-C. PP. 797. 2002, 0,06 п.л. (авторский вклад 30%)

17.A.Verevkin, J.Zhang, R.Sobolewski, A.Lipatov, O.Okunev, G.Chulkova.

A.Korneev, K.Smirnov, G.Gol'tsman - Detection efficiency of large-active-area NbN single-photon superconducting detectors in ultraviolet to near-infrared range.// Applied Physics Letters, v.80, №25, pp.4687-4689, 2002, 0,19 п.л. (авторский вклад 30%)

18.G.Gol'tsman, O.Okunev, G.Chulkova. A.Lipatov, A.Semenov, K.Smirnov,

B.Voronov, A.Dzardanov, C.Williams, and R.Sobolewski - Picosecond superconducting single-photon optical detector.// Applied Physics Letters, v.79, №6, pp.705-707,2001,0,19 п.л. (авторский вклад 40%)

19.G.Gol'tsman, O.Okunev, G.Chulkova. G.Lipatov, A.Dzardanov, K.Smirnov, A.Semenov, B.Voronov, C.Williams and R.Sobolewski - Fabrication and properties of an ultrafast NbN hot-electron single-photon detector.// IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol.11, pp.574-577, 2001, 0,25 п.л. (авторский вклад 45%)

20.A.Sergeev, B.S.Karasik, G.Chulkova. N.G.Ptitsina, K.S.Il'in, E.M.Gershenzon «Electron-phonon interaction in disordered conductors» // Physica B, Condensed matter, 263-264, 1999, pp. 190-192, 0,13 п.л. (авторский вклад 40%)

21.Ptitsina N.G., Gershenzon E.M., Gershenzon M.E., G.Chulkova , A.V. Sergeev, K.S.Il'in, F.S. Pochinkov - Electron-phonon interaction in disordered metal films: The resistivity and electron dephasing rate.// Physical Review B, v.56,16, 1997 pp. 10089-10096,0,5 п.л. (авторский вклад 45%)

22.A.A.Verevkin, N.G.Ptitsina, G.Chulkova. G.N.Golfsman, E.M.Gershenzon, K.S.Yngvesson - Determination of the limiting mobility of two - dimentional electron gas in AlGaAs - GaAsheterostructures by direct measurement of energy reaxation time.// Physical Review B, v.53, 12, 1996, pp.R7592 -R7595,0,25 п.л. (авторский вклад 35%)

23.Птицииа Н.Г., Чулкова Г.М.. Гершензои Е.М., Гершензон М.Е. - Влияние интерференции электрон-фононного и электрон-примесного рассеяния на проводимость неупорядоченных пленок Nb.// Журнал экспериментальной и теоретической физики, 1995, 107, N5, стр. 17221730,0,56 п.л. (авторский вклад 50%)

24.Веревкин А.А., Птицина Н.Г., Чулкова Г.М.. Гольцман Г.Н., Гершензон Е.М., Ингвессон К.С. - Энергетическая релаксацияэлектронов в 2D-канале AlGaAs/GaAs-гетероструктур в квазиравновесных условиях при низких температурах.// Письма в «Журнал экспериментальной и теоретической физики», т.61, 1995. стр. 579-582, 0,25 п.л. (авторский вклад 45%).

Публикации в других изданиях

1. A.A.Verevkin, N.G.Ptitsina, G.Chulkova. G.N.Golf sman, E.M.Gershenzon, K.S.Yngvesson - "Direct measurement of energy relaxation time of electrons in AlGaAs/GaAs heterostructures under quasi-equilibrium conditions'Y/Surface science, 361/362 (1996), pp. 569-573. (авторский вклад 45%)

2. A.Verevkin, J.Zhang, W.Slysz, R.Sobolewski, A.Lipatov, O.Okunev, G.Chulkova, A.Korneev, and G.Gol'tsman - SuperconductingSingle-Photon Detectors for GHz-Rate Free Space Quantum Communications.//"Free-Space Laser Communication and Laser Imaging", edited by J. C. Ricklin, and D. G. Voelz, (Bellingham, WA: SPIE), Vol. 4821, p. 447-454,2002.

3. R. Sobolewski, J. Zhang, W. Slysz, A. Pearlman, A. Verevkin, A. Lipatov, O. Okunev, G. Chulkova, A. Korneev, K. Smirnov, P. Kouminov, B. Voronov, N. Kaurova, V. Drakinsky, and G. N. Gol'tsman - Ultrafast Superconducting Single-Photon Optical Detectors.// Plenary Lecture in: Advanced Optical

Devices, ed. by A. Krumins and J. Spigulis, Proceedings SPIE vol. 5123, pp. 212,2003.

4. G. Gol'tsman, A. Korneev, I. Rubtsova, I. Milostaaya, G. Chulkova. 0. Minaeva, K. Smirnov, B. Voronov, W. Slysz, A. Pearlman A. Verevkin and R. Sobolewski. - Ultrafast superconducting single-photon detectors for near-infrared-wavelength quantum communications// Physica Status Solidi, (c) 2, No. 5, p 1480-1488,2005 (Авторсткие 25%) Публикации в материалах конференций

1. Г.М.Чулкова. E.JI. Шангина, К.В. Смирнов, Д.В. Морозов, В.В. Ковалюк, А.А. Веревкин, Г.Н. Гольцман, А.И. Торопов Полупроводниковые смесители субмиллиметрового диапазона с фононным каналом охлаждения двумерных электронов// Труды XIV международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород 15-19 марта 2010, стр. 525-526, 0,13 п.л. (Авторство не разделено)

2. Гольцман Г.Н., Корнеев А.А., Г.МЛулкова. Финкель М.И., Дивочий А.В., Флоря И.Н., Корнеева Ю.П., Тархов М.А., Рябчун С.А., Третьяков И.В., Масленников С.Н., Каурова Н.С., Воронов Б.М. -Сверхпроводниковые счетчики ИК фотонов, терагерцовые смесители и детекторы на основе ультратонкой пленки NbN// Труды XXI Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, Москва, 25-28 мая 2010, с. 16-17, 0,13 п.л. (Авторство не разделено)

3. Г.Н. Гольцман, А.А. Корнеев, Г.М.Чулкова. А.В. Дивочий, И.Н.Флоря, Ю.П. Корнеева, М.А.Тархов, М.И. Финкель, С.А. Рябчун, И.В. Третьяков, С.Н. Масленников, Н.С. Каурова, Б.М. Воронов -Сверхпроводниковые терагерцовые смесители, детекторы и счетчики фотонов на электронном разогреве в тонкой пленке NbN //Труды XIV международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород 15-19 марта 2010, стр. 28-29, 0,13 п.л. (Авторство не разделено)

4. А. Корнеев, Г.М.Чулкова. А. В. Дивочий, И. Н. Флоря, Ю. П. Корнеева, Р. В. Ожегов, Ю. Б. Вахтомин, К. В. Смирнов, Г. Н. Гольцман -Быстродействующий сверхпроводниковый однофотонный детектор// Сборник научных трудов 3-я Международной научной конференции «Функциональная компонентная база микро-, опта- и наноэлектроники», 28 сентября - 2 октября 2010г., Харьков-Кацивели, стр.264-267, 0,25 п.л. (Авторство не разделено)

5. G.N.Goltsman, A.A.Korneev, G.M. Chulkova. M.I.Finkel, A.V.Divochiy, I.N.Florya, Y.P.Korneeva, M.A.Tarkhov, S.A.Ryabchun,

I.V.Tretyakov, S.N.Maslennikov, N.S.Kaurova, B.M.Voronov - New generation of superconducting NbN terahertz hot-electron bolometer mixers, direct detectors and single-photon counters// ICONO-2010: the International Conference on Coherent and Nonlinear Optics, Kazan, Russia, August 23-27, 2010, Technical Digest, pp. 21-22,0,06 п.л. (Авторство не разделено)

6. G.N. Goltsman, A.A. Korneev, M.I. Finkel, G.M. Chulkova. A.V. Divochiy, I.N. Floiya, Y.P. Korneeva, M.A. Tarkhov, S.A. Ryabchun, I.V. Tretyakov, S.N. Maslennikov, N.S. Kaurova, B.M. Voronov - Superconducting terahertz hot electron bolometer mixer, direct detectors and infrared single photon detectors based on ultra-thin film NbN// Proceedings ofFLAMN-2010, St. Petersburg, Russia. July 5-8, 2010, pp. 135-136, 0,06 п.л. (Авторство не разделено)

7. G.M. Chulkova. О. Minaeva, A. Korneev, A. Divochiy, O. Okunev, V. Seleznev, N. Kaurova, Yu. Korneeva, B. Voronov, I. Florya, M. Elezov and G. Goltsman - Up-to-date performance of ultrafast superconducting NbN photon counter// Proceedings of Single Photon Workshop 2009, Boulder, Colorado, USA, 3-6 ноября 2009, 135-136,0,13 п.л. (Авторство не разделено)

8. A Korneev, G.M. Chulkova. A Divochiy, М Tarkhov, и др. - New advanced generation of superconducting NbN-nanowire single-photon detectors capable of photon number resolving// Journal of Physics: Conference Series 97 (2008) 012307,0,25 п.л. (Авторство не разделено)

9. Г.Н. Гольцман, Г.М.Чулкова и др. - Сверхпроводниковый однофотонный детектор на горячих электронах для инфракрасного диапазона// Сборник трудов IX Международной конференции «Опто-наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» , Ульяновск, 2007, стр. 276,0,06 п.л. (Авторство не разделено)

10. A. Korneev, G.Chulkova. A.Divochiy, M.Tarkhov, O.Minaeva, V.Seleznev, N.Kaurova, B.Voronov, O.Okunev, I.Milostnaya, K.Smirnov and G/Gol'tsman - New advanced generation of superconducting NbN-nanowire single-photon detectors capable of photon number resolving// Proceedings of EUCAS 8-th European Conference on Applied Superconductivity, 2007 Brussels, Belgium, pp. A-25, 0,06 п.л. (Авторство не разделено)

II. Milostnaya. A. Korneev. G.M. Chulkova. M. Tarkhov. A. Divochiy. и др. - Superconducting single-photon detectors for advanced optical applications"// Proceedings of EUCAS 8-th European Conference on Applied Superconductivity 2007 Brussels, Belgium, pp. D-89-91, 0,19 п.л. (Авторство не разделено)

12. G. Goltsman, A. Korneev, G.M. Chulkova. A. Divochiy, M. Tarkhov, O. Minaeva, N. Kaurova, V. Seleznev, K. Smirnov, B. Voronov, O. Okunev, I.

Milostnay - Ultrafast Superconducting Single-Photon Detector// Proceedings of Single-Photon Workshop 2007: Sources, Detectors, Applications and Measurement Methods, 25th - 28th September 2007, Torino, Italy, pp. 346, 0,06 п.л. (Авторство не разделено)

13. G. Gol'tsman, G.M. Chulkova. M. Tarkhov, A. Divochiy, O. Minaeva, A. Korneev, V. Seleznev, N. Kaurova, B. Voronov, O. Okunev, I. Milostnaya, K. Smirnov - Middle-Infrared ultrafast superconducting single photon detector// Proceedings of IRMMW 2007: Infrared and millimeter waves, 2-7 September 2007, Cardiff, UK, p. 461,0,06 п.л. (Авторство не разделено)

14. Milostnaya, A. Korneev, G.M. Chulkova. M. Tarkhov, A. Divochiy, O. Minaeva, V. Seleznev, N. Kaurova,B. Voronov, O. Okunev, K. Smirnov, and G. Gol'tsman - Superconducting Single Photon Nanowire Detectors Development for IR and THz applications// Proceedings of 12th International Workshop on Low Temperature Detectors 22-27 July 2008, pp. 591-596, Paris France, 0,16 п.л. (Авторство не разделено)

15. G. Gol'tsman, A. Korneev, G.M. Chulkova, O.Minaeva, I. Rubtsova, I. Milostnaya, B. Voronov, K. Smirnov, V. Seleznev, A. Pearlman, W. Slysz, A. Cross, P. Alvarez, A. Verevkin and R. Sobolewski - Superconducting singlephoton optical detectors based on nanostructured NbN films// Proceedings of The 9th World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics, July 10-13, 2005, pp. 29-34, Orlando, Florida, USA, 0,38 п.л. (Авторство не разделено)

16. О. Okunev; G. Chulkova: A. Antipov; K. Smirnov; D. Morozov; и др. -Registration of infrared single photons by a two-channel receiver based on fiber-coupled superconducting single-photon detectors// Proceedings of 2-nd International conference on advanced optoelectronics and lasers (CAOL), Yalta, Crimea, Ukraine, VOL. 2, 2005, pp. 282-285, 0,25 п.л. (Авторство не разделено)

17. Rubtsova, A. Korneev, G.M. Chulkova. V. Matvienko, I. Milostnaya, G. N. Gol'tsman,и др. - Spectral sensitivity, Quantum efficiency and Noise Equivalent Power of NbN Superconducting Single-Photon detectors in the IR Range // Conference Digest of the 29th International Conference on Infrared and Millimeter Waves, 27 September - 1 October, pp.461-462, 2004, Karlsruhe, Germany, 0,13 п.л. (Авторство не разделено)

18. Гольцман Г.Н., Куминов П.Б., Воронов, Г.М.Чулкова. Б.М.,Милостная И.И., Корнеев А.А. и др. - Пикосекундный однофотонный детектор ИК диапазона на основе наноструктур из тонких сверхпроводящих пленок // Сборник трудов пятого международного российско-украинского семинара «Нанофизика и наноэлектроника».

Тезисы докладов. С.-Петербург, Россия, 2004, с. 25-26, 0,13 п.л. (Авторство не разделено)

19. Рубцова И.А., Корнеев А.А., Г.М.Чулкова. Матвиенко В.М., Минаева О.В., Милостная И.И., и др. - Спектральная чувствительность однофотоннного инфракрасного детектора на основе тонких пленок NbN// Сборник трудов Международной научной конференции «Пленки -2004». Тезисы докладов. Москва, Россия, 2004, с. 183-185, 0,19 п.л. (Авторство не разделено)

20. J.Zhang, A.Pearlman, W.Slysz, A.Verevkin, R.Sobolewski, G.M. Chulkova и др. - Ultimate sensitivity of superconducting single-photon detectors in the visible to infrared range// Abstracts of International Workshop on Thermal Detectors for Space Based Planetary, Solar and Earth Science Applications June 19-20, 2003, Washington, DC, USA, pp. 79-80, 0,13 п.л. (Авторство не разделено)

21. J.Zhan, A.Pearlman, W.Slysz, A.Verevkin, R.Sobolewski, G.M. Chulkova и др. - A Superconducting Single-Photon Detector for CMOS 1С Probing// Proceedings of Abstrcts of The 16th Annual Meeting of the IEEE Lasers and Electro-Optics Society, October 26-30, 2003, Tucson, Arizona, USA, pp. 891-894,0,25 п.л. (Авторство не разделено)

22. Goltsman G., Komeev A., Okunev O., Smirnov K., Kouminov P., G. Chulkova и др. - Quantum efficiency and dark counts of superconducting NbN single-photon detectors// Proceedings of 6th European conference on applied superconductivity (EUCAS), Sorrento Napoli-Italy, 14-16 September 2003, p. 18,0,06 п.л. (Авторство не разделено)

23. R. Sobolewski, J. Zhang, W. Slysz, A. Pearlman, A. Verevkin, A. Lipatov, O. Okunev, G. Korneev, G.M. Chulkova. K. Smirnov, P. Kouminov, B. Voronov, N. Kaurova, V. Drakinsky, G. N. Gol'tsman - Ultrafast Superconducting Single-Photon Optical Detectors// Advanced Optical Devices, ed. by A. Krumins and J. Spigulis, Proceedings SPIE vol. 5123, pp. 2-12,2003, 0,63 п.л. (Авторство не разделено)

24. J.Zhang, A.Verevkin, W.Slysz, A.Korneev, G.M. Chulkova. A.Lipatov, и др. - Timer-resolved Characterization of NbN Superconducting SinglePhoton Optical Detectors// Proceedings of OPTO-Canada: SPIE Regional Meeting on Optoelectronic,Photonics, and Imaging, SPIE vol.TDOl, pp.33-35, 2002,0,19 п.л. (Авторство не разделено)

25. J. Zhang, A. Pearlman, W. Slysz, A. Verevkin, R. Sobolewski, G.M. Chulkova и др. - Infrared picosecond superconducting single-photon optical detectors for CMOS circuit testing// Technical Digest of the Conference on

Lasers and Electro-Optics, CLE02002, Maryland, June USA, P - 79, 0,06 п.л. (Авторство не разделено)

26. Lipatov, A. Korneev, О. Okunev, К. Smirnov, G.M. Chulkova. G. Gol'tsman, J. и др. - GHz counting rate NbN Single-Photon Detector for IR diagnostics of VLSI CMOS circuits// Proceedings of Nano and Giga Challenges in Microelectronics Research and Opportunities in Russia, International Symposium, September 10-13, Moscow, Russia, 2002, p. 176, 0,06 п.л. (Авторство не разделено)

27. J. Zhang, A. Verevkin, R. Sobolewski, AKorneev , G.M. Chulkova. A. Lipatov, и др. - Response Time of NbN Superconducting Single-Photon Detector// Proceedings of Abstracts of Applied Superconducti-vity International Conference, p. 9, August 4-9, 2002, Houston, Texas, USA, 0,06 п.л. (Авторство не разделено)

28. G. Gol'tsman, К. Smirnov, G.M. Chulkova. P. Kouminov, B. Voronov, N. Kaurova, и др. - Fabrication of Nanostructured Superconducting Radiation Detectors// Proceedings of Abstracts of Applied Superconductivity International Conference, p. 9, August 4-9, 2002, Houston, Texas, USA. (Авторство не разделено)

29. A.Verevkin, J. Zhang, W. Slysz, R. Sobolewski, A.Korneev, G.M. Chulkova. A. Lipatov, O. Okunev, G.N. Gol'tsman - Detection efficiency and spectral sensitivity of superconducting single-photon detectors// Proceedings of Abstracts of Applied Superconduc-tivity International Conference, p. 9, August 4-9,2002, Houston, Texas, USA. (Авторство не разделено)

30. О. Okunev, К. Smirnov, A. Korneev, G.M. Chulkova. A. Lipatov, G. Gol'tsman, J., и др., - Ultrafast NbN Hot-Electron Single-Photon Detector for Visible and Infrared Radiation// Proceedings of IQEC - 2002, Russia, Moscow, p.440,0,06 п.л. (Авторство не разделено)

31. О. Okunev, К. Smirnov, A. Korneev, G.M. Chulkova, A. Lipatov, G. Gol'tsman, и др., - Ultrafast NbN Hot-Electron Single-Photon Detector for Electronic diagnostics and communications // Proceedings of Fifth ISTC Scientific Advisory Committee Seminar "Nanotechnologies in the area of physics, chemistry and biotechnology St. Petersburg, Russia, May 27-29,2002, pp. 339-344,0,12 п.л. (Авторство не разделено)

32. Y. Xu, X. Zheng, С. Williams, A. Verevkin, R. Sobolewski, G.M. Chulkova и др., - Ultrafast superconducting hot-electron single-photon detector// Technical Digest of the Conference on Lasers and Electro-Optics, CLE02001, IEEE Cat. No.01, pp. CH37170, 2002, 0,06 п.л. (Авторство не разделено)

33. R.Sobolewski, Y.Xu„ X.Zheng, C.Williams, J.Zhang, A.Verevkin, A.Korneev, A.Lipatov, O.Okunev, K.Smirnov, G.M. Chulkova and G.N.Gol'tsman - Spectral Sensitivity of the NbN Single-Poton Superconducting Detector// Proceedings of IEICE TRANS. ELECTRON., VOL.E85-C, N0.3 MARCH 2002, pp. 797-802, 0,31 п.л. (Авторство не разделено)

34. Гольцман Г.Н., ОкуневО.В., ЛипатовА.П., КорнеевА.А., Г.М.Чулкова. КуминовП.Б. и др. - Прибор для диагностики устройств микро- и наносистемной техники на основе однофотонного пикосекундного детектора ИК излучения (тезисы)// Сборник трудов IV Международной научно-технической конференции МИЭТ. Тезисы докладов. Москва, 2002, с.36-37,0,13 п.л. (Авторство не разделено)

35. Ptitsina N.G., Gershenzon Е.М., Gershenzon М.Е., G.M. Chulkova -Effect of the interference between electron-phonon and electron-impurity (boundary) scattering on resistivity Nb, Al, Be// Proceedings of the 21 st International Conference on Low Temperature Physics, Prague, August 8-14, 1996, Czechoslovak Journal of Physics, v.46, Suppl.S5, pp. 2489-2490, 0,44 п.л. (Авторство не разделено)

36.Verevkin А.А., Ptitsina N.G., Gol'tsman G.N., Gershenzon E.M., G.M. Chulkova. Yngvesson K.S. - Direct measurements of energy relaxation time ofelectrons in AlGaAs/GaAs heterostructures under quasi-equilibrium conditions//Workbook of XI Conference on electronic properties of two dimensional systems, Nottingham, 1995, in "Surface Science".361/362, 1996, 0,13 п.л. (Авторство не разделено)

37.Гершензон Е.М., Птицина Н.Г., Г.М.Чулкова. Сергеев А.В. - Влияние электрон-фононного взаимодействия на проводимость тонких пленок Nb// Тезисы докладов XXX Совещания по физике низких температур, Дубна, 1994,220-221,0,13 п.л. (Авторство не разделено)

38.A.Verevkin, J.Zhang, W.Slysz, R.Sobolewski, A.Lipatov, O.Okunev, G.Chulkova. A.Korneev, and G.Gol'tsman - Superconducting Single-Photon Detectors for GHz-Rate Free Space Quantum Communications// "Free-Space Laser Communication and Laser Imaging", edited by J. C. Ricklin, and D. G. Voelz, (Bellingham, WA: SPIE), Vol. 4821, p. 447-454, 2002, 0,5 п.л. (Авторские 20%)

Цитируемая литература

1. Гершензон ЕЖ, Гершензон М.Е., Гольцман Г.Н., Семёнов А.Д., Сергеев А.В. Разогрев квазичастиц в сверхпроводящей плёнке, находящейся в резистивном состоянии// Письма в ЖЭТФ, т.34, в.5, стр.281-285, 1981.

2. Гершензон Е.М., Гершензон M.E., Гольцман Г.Н., Семёнов А.Д., Сергеев А.В., Неселективное воздействие электромагнитного излучения на сверхпроводящую плёнку в резистивном состоянии// Письма в ЖЭТФ, т.36, в.7, стр.241-244,1982.

3. Гершензон Е.М., Гершензон М.Е., Гольцман Г.Н., Семёнов АД., Сергеев А.В. Разогрев электронов в резистивном состоянии сверхпроводника под действием электромагнитного излучения" //ЖЭТФ, т.86, в.2, с.758-773,1984.

4. EMGershenzon, M.EGershenzon, G.N. Gol'tsman, A.D. Semenov, A.V. Sergeev. Hiatingof electrons in superconductor resistive state due to electromagnetic radiation" //Solid State Commun. v.50, N3, pp.207-212,1985.

5. GMEliashberg, BJJvlev. Nonequilibrium Supercnductivity// ed. by D.N.Langenbeig and A.S.Larkin, North-Holland Elsevier Science B.V., Amsterdam, 1986, p.211.

6. Гершензон E.M., Гольцман Г.Н., Елантьев А.И., Карасик Б.С., Потоскуев С.Э. Разогрев электронов в резистивном состоянии сверхпроводника электромагнитным излучением значительной интенсивности// ФНТ, т. 14, №7, с.753,1988.

7. Елесин В.Ф., Кашурников В.А., Кондрашев В.Е, Шамраев Б.Н. Влияние электрон-электронных столкновений на характер фазового перехода и кинетику неравновесных сверхпроводников // ЖЭТФ, т.84, в.1, стр.223-229, 1983.

8. B.L. Altshuler, A.G. Aronov. Electron-electron interaction in disordered conductors // Modem problems in condensed matter science, Td. By A.L.Efros, M.Pollac., Amsterdam: North-Holl. Publ. Co.,pp.l-153, 1985.

9. A.Frenkel, Mechanism of nonequilibrium optical response of high-temperature superconductor // Phis. Rev. B, v.48, N13, pp.9717-9725,1993.

10. Гершензон E.M., Гольцман Г.Н., Гусев Ю.П., Семёнов А.Д. Неравновесный отклик тонких плёнок NbN на излучение миллиметрового и оптического диапазонов // СФХТ, т.6, №6, с.1198-1210,1993.

11. Гершензон ЕЖ, Гольцман Г.Н., Гогидзе И.Г., Гусев Ю.П.,., Елантьев А.И., Карасик Б. С., Семёнов А.Д. Смеситель миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн на основе разогрева электронов в резистивном состоянии сверхпроводниковых плёнок // СФХТ, т.З, №10(частъ 1), с.2143-2160,1990.

12. Воронов Б.М., Гершензон ЕМ, Гольцман Г.Н., Гогидзе И.Г., Гусев ЮЛ., Зорин М.А., Сейдман Л.А., Семёнов А.Д. Детектор пикосекундного диапазона на основе сверхпроводящей плёнки нитрида ниобия, чувствительный к излучению в спектральной области от миллиметровых волн до видимого света // СФХТ, т.5, №5, с.955-960,1992.

13. 1. G. Gogidze, Р. В. Kuminov, А. V. Sergeev, А. 1. Elant'ev, Е. М. Men'shchikov, andE. М. Gershenzon Fast nonequilibrium induction detectors based on thin superconducting films // Tech. Phys. 43(10) 1193 (1998).

14. G.N. Gol'tsman, A.D. Semenov, Y.P. Gousev, M.A. Zorin, LG. Gogidze, E.M. Gershenzon, P.T. Lang, W.J. Knott, K.F. Renk. Sensitive picosecond NbN detector for radiation from millimrter wavelengths to visible light// Supercond. Sci. and Technol., Vol. 4, 1991, pp.453456.

15. A.D. Semenov, H.-W. Htibers, H. Richter, M. Birk, M.Krocka, V. Mair, К Smirnov, G.N. Gol'tsman, B.M. Voronov. 2.5 THz hetrodyne receiver with NbN hot-electron-bolometer mixer//Physica C, 372-376, pp. 454-459, (2002)

16. H. Takesue, S. Nam, Q. Zhang, R.H. Hadfleld, T. Honjo, K. Tamaki, Y. Yamamoto. Quantum key distribution over 40 dB channel loss using superconducting single photon detectors // Nature Photonics.-2007

17. R.H. Hadfleld, J.L Habif, J. Schalafer, R.E. Schwall, S. Nam, Quantum key distribution at 1550 шп with twin superconducting single photon detectors // Applied Physics Letters, v.89, no 241129, pp.537-540,2006

li.A.Schmid. Electron-phonon scattering in dirty metals", in Localization, interaction and transport phenomena// ed. by B.Kramer, G.Bergmann and Y.Bruinseraede (Springer, Berlin, 1985) pp. 212-220; J.Rammer, A.Schmid. Destriction of phase coherence by electron-phonon interactions in disordered conductors// Phys.Rev.B, v.34, p.1352 (1986).

19. G. Bergmarm Electron-electron interaction in superconductors with impurities // Phys.Rev.Lett. 29A, 9, 492 (1969); H. Takayama Electron-phonon interaction in an impure metal// Z.Phys. 263 ,p. 329-340 (1973); S.J. Poon and Т.Н. Geballe, Eliashberg function a2F(co) and phonon spectrum F(o). A simple model for an amorphous s-p superconductor // Phys. Rev. B18, 233-244, (1978); G. Bergmann, Amorphous metals and their superconductivity U Phys. Rep. 27C, 4,159-185,(1976).

20. МЮ.Рейзер, А.В.Сергеев Элекгрон-фононное взаимодействие в примесных металлах и сверхпроводниках // ЖЭТФ, т.90, № 3, с.1056-1070,1986

21. A. Semenov, G. Gol'tsman, A. Korneev. Quantum detection by current carrying superconducting film // Physica C, 352 (2001) pp. 349-356.

22. A. Semenov, A. Engel, and H-W. Hubers, K. Win and M. Siegel. Probability of the resistive state formation caused by absorption of a single-photon in current-carrying superconducting nano-strips// The European Physical Journal В - Condensed Matter and Complex Systems, Volume 47, Number 4,495-501,2005

Подп. к печ. 06.07.2011 Объем 2,25 п.л. Зак. № 80 Тир. 100 экз.

Типография МПГУ

Введение.

Глава 1 Электрон-фононное взаимодействие в неупорядоченных металлических пленках и двумерном электронном газе в АЮаАв-СаАв гетероструктурах. Обзор.

1.1 Основные механизмы рассеяния,электронов в металлах.

1.2 Явление электрон-фонон-примесной интерференции. Теория.

1.3 Температурная зависимость сопротивления примесных металлов.

1.4 Основные механизмы энергетической релаксации электронов в гетероструктурах.

1.5 Основные положения теории электрон-фононного'взаимодействия в двумерном электронном газе.

1.6 Обсуждение результатов экспериментальных исследований электрон-фононного взаимодействия в гетероструктурах.

1.7 Выбор объекта исследования и постановка задачи.

Глава 2 Разогрев электронов и энергетическая релаксация в тонких сверхпроводниковых пленках. Обзор.

2.1. Механизм' возникновения отклика при поглощении одиночных-фотонов в сверхпроводниковой, тонкой'пленке в условиях протекания транспортного тока.

2.2. О механизме возникновения.темновых отсчетов сверхпроводникового детектора.

2.3. Форма и длительность импульса напряжения.

2.4. Спектральная зависимость квантовой эффективности.

2.5. Выбор объекта исследования и постановка задачи.

Глава 3 Объекты и методы исследования.

3.1 Методика низкочастотных измерений и технология изготовления тонких пленок N1), А1, Ве.

3.2 Технология изготовления образцов сверхпроводниковых однофотонных детекторов.

3.3 Методы измерения квантовой эффективности и скорости темновых срабатываний.

3.4 Метод измерения спектральной зависимости квантовой эффективности в диапазоне до б мкм и диапазоне температур 2 - 4.9 К.

3.5 Методика измерения времени релаксации энергии электронов в 20-канале АЮаАБ-ОаАз гетероструктур с помощью спектрометра-релаксометра на лампах обратной волны и описание исследуемых образцов.

Выводы.

Глава 4 Влияние интерференции электрон-фононного и электрон-примесного взаимодействий на проводимость примесных металлов

4.1 Экспериментальные результаты.

4.2. Обсуждение результатов.

4.3 Константы электрон-фононного взаимодействия.

4.4 Скорости энергетической релаксации.

4.5 Выводы.

Глава 5 Время энергетической релаксации двумерных электронов те в гетеропереходах АЮаАв-СаАв при низких температурах.

5.1. Вольтамперные характеристики (ВАХ). Осцилляции Шубникова-де Гааза.

5.2. Основные экспериментальные результаты.

5.3. Обсуждение результатов.

5.4. Возможности практического применения исследованных гетероструктур для создания приемников субмиллиметрового диапазона.

5.5. Выводы.

Глава 6 Сверхпроводниковые однофотонные детекторы на основе ультратонкой пленки NbN.

6.1. Эффект однофотонного детектирования в наноструктурах из тонкой сверхпроводниковой пленки NbN.

6.2. Результаты исследования квантовой эффективности.

6.3. Зависимость квантовой эффективности от толщины сверхпроводящей пленки.

6.4. Зависимость скорости темнового счета от транспортного тока.

6.5. Квантовая эффективность NbN детекторов на длинах волн 1.26 — 6 мкм и диапазоне температур 2 — 4.9 К.

6.6 Мощность, эквивалентная шуму.

6.7 Применение однофотонных сверхпроводниковых детекторов.

6.8. Выводы.

Диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию особенностей энергетической релаксации в тонких неупорядоченных металлических пленках, гетероструктурах с двумерным электронным газом на границе, сверхпроводниковых пленках и разработке детекторов > субмиллиметрового4 и инфракрасного' диапазонов. В* диссертации отражены результаты-исследований автора; проведенных^:.1994 - 2010 годах.

Одним из базовых элементов современной электроники-является < тонкий слой (субмикронной или. нанометровой толщины) проводящего материала, в котором носители тока находятся в неравновесных условиях. Это может быть слой металла, полупроводника или сверхпроводника. Неравновесность создается' внешним воздействием - излучением, током, ультразвуком, что диктуется, принципами работы того или иного электронного устройства, в состав которого- входит подобный тонкослойный элемент. Для* разработки адекватных моделей таких устройств чрезвычайно важно понимание механизмов энергетической релаксации носителей тока в таких структурах.

Изучение процессов энергетической релаксации имеет особое значение при создании ' низкотемпературных устройств, например, сверхвысокочувствительных приемников' излучения.

При* низких температурах и в условиях интенсивного электрон-электронного взаимодействия» определяющим, каналом^ энергетической релаксации является электрон-фононное взаимодействие. Управление процессом электрон-фононного взаимодействия можно осуществлять путем варьирования времени энергетической релаксации, рабочей температуры, количества примесей, размерности. Использование этих возможностей позволяет получать параметры устройств, необходимые для практических применений.

Актуальность исследования Процесс энергетической релаксации зависит от различных факторов: наличия примесей, дефектов решетки, границ, флуктуаций удерживающего потенциала. Исследование энергетической релаксации является фундаментальной проблемой как для> многих разделов' физики конденсированного состояния, так и для большого числа, приложений. Многочисленные исследованиям показывают, что электрон-фононное взаимодействие значительно изменяется^ в неупорядоченных и низкоразмерных проводниках. Скорость энергетическошрелаксации электронов,и температурная зависимость сопротивления в примесных- металлах, тонких пленках и, полупроводниковых низкоразмерных структурах существенным, образом отличаются от тех же величин в .чистых объемных-материалах.

С одной стороны, это связано с тем, что в неупорядоченных тонких пленках металлов и квантовых ямах спектр фононов может быть сильно модифицирован пот сравнению1 с чистыми объемными, металлами, и в зависимости от условий^ фононьг могут быть либо двумерными; либо трехмерными.

С другой стороны, в неупорядоченных проводниках возникают дополнительные канальъ рассеяния. Кроме процесса "чистого" электрон-фононного рассеяния, которое имеет место* в чистых металлах, существует дополнительный процесс: неупругое рассеяние электронов'на колеблющихся примесях, дефектах или колеблющихся, границах и удерживающем электронном потенциале. Совместно с' упругим рассеянием электронов и чистым электрон-фононным рассеянием* этот механизм порождает широкое разнообразие интерференционных процессов:

В теоретических работах [18] показано, что в неупорядоченных металлах

7 - волновой вектор теплового фонона, I - длина свободного пробега электронов) электрон-фононное взаимодействие должно . ослабляться, и скорость энергетической релаксации те.Р1,'1 оказывается пропорциональной 1 | т0" (г0" ~Т - скорость релаксации в чистом металле). В противоположность, этому выводу многие авторы. [19] утверждали, что неупругое рассеяние электронов на примесях должно усиливать электрон-фононное взаимодействие и соответствующая скорость релаксации есть тс.р1~[ ~ (с[£)Ат()~х. Разногласие 6 между этими двумя концепциями было разрешено в работе Рейзера и Сергеева [20], где было продемонстрировано, что корректные расчеты;, приводят к результату [18]. В частности, было показано, что, благодаря квантовой; интерференции при условиш д£< 1, вклад неупругого электрон-примесного рассеяния? в энергетическую, релаксацию электронов: отсутствует, поэтому результат работы [19] ошибочен. Диффузное: движение электронов в области; рассеивающего- потенциала: удлиняет время взаимодействия^ и увеличивает, электрон-фононную связь. Однако, большой вклад диффузионно-усиленного чистого электрон-фононного взаимодействия« компенсируется диффузионно усиленным неупругим рассеянием электронов; на примесях.

Поправки; к- остаточному сопротивлению, обусловленные неупругим электрон-примесным рассеянием, рассчитывались многими теоретиками. [2124]. Значительные: расхождения в теоретических результатах связаны, с интерференционным характером рассматриваемых явлений, когда, пренебрежение частьюшроцессов приводит не только к изменению численного; коэффициента при вычисляемой величине, по и к изменению знака: эффекта. Все интерференционные процессы были рассмотрены в: статье Рейзера и Сергеева;[25], где были учтены все возможные каналы рассеяния, и с помощью различных методов: (линейный отклик, квантовое кинетическое уравнение)! было показано, что1 когда: у(:>1, имеется; существенная квадратичная' по температуре поправка: к сопротивлению, определяемая электрон-фонон-примесной интерференцией. Вклад продольных фоыонов становится отрицательным и существенно меньшим, чем положительный вклад поперечных фононов;

Температурные зависимости сопротивления примесных металлов и тонких пленок измерялись во многих работах, и квадратичный по температуре вклад в сопротивление, который наблюдался? в [26-28], мог быть как промежуточной асимптотикой к вкладу чистого электрон-фононного взаимодействия (Блоха-Грюнайзена), так и непосредственно вкладом электрон-фонон-примесной интерференции. Для окончательного решения вопроса о природе квадратичногопо температуре вклада в сопротивление примесных металлов необходимо исследовать его зависимость от степени разупорядоченности, т.е. от длины свободного пробега электронов. Кроме того, важную информацию позволят получить эксперименты с различными материалами, и особенно с имеющими высокую температуру Дебая. В этих материалах вклад электрон-фонон-примесного взаимодействия должен оказаться существенным в очень широкой области температур, вплоть до Т=300К.

В» низкоразмерных структурах (квантовых ямах, гетероструктурах) модификация электрон-фононнопу взаимодействия в основном связана с изменением энергетического спектра электронов: в частности, в вырожденных I структурах благодаря меньшей, по сравнению с металлами, энергии Ферми, становится существенным размерное квантование плотности состояний. В то же время фононы, по крайней мере, в гетероструктурах, остаются трехмерными, так как для фононов отсутствует граница между двумерным слоем и объемным материалом. Примеси и дефекты в двумерных структурах, также как и в металле, порождают дополнительные каналы рассеяния.

В вопросе о величине и температурной зависимости вклада чистого электрон-фононного взаимодействия в различных материалах пока нет полной ясности. Эта проблема, в том числе, тесно связана с нахождением предельной подвижности при низких температурах, которая определяется рассеянием на акустических фононах. В настоящее время.* даже в лучших структурах, полученных благодаря последовательному усовершенствованию процессов роста гетероструктур в течение ряда лет, измеренная подвижность электронов

7 2 большая чем 10 см /Вс при гелиевых температурах) обусловлена примесным рассеянием, и предельные, ограниченные фононным рассеянием, величины подвижности вряд ли могут быть достигнуты. До сих пор значение предельной подвижности при низких температурах можно было оценить из измерений мощности энергетических потерь, приходящихся на один электрон, в условиях сильного разогрева. Прямые измерения времени энергетической релаксации в квазиравновесных условиях, которое определяется только неупругим взаимодействием электронов с фононами и не зависит от упругого рассеяния на примесях, позволяют в конечном итоге определить предельные значения подвижности с большей точностью. Прямые измерения времени энергетической релаксации в полупроводниковых гетероструктурах при низких температурах позволят существенно расширить» понимание процессов электрон-фононного взаимодействия1 в-них.

Исследование процессов ^энергетической» релаксации в сверхпроводниковых тонкопленочных наноструктурах в присутствии тока, близкого к критическому, является одним из самых актуальных вопросов физики сверхпроводников, и обсуждается* во многих работах последнего времени [1-8]. Изучение деталей процесса установления равновесия позволяет выработать более адекватные теоретические4 представления. Кроме того, многие устройства криогенной^ электроники' функционируют в условиях далеких от равновесия и, поэтому, изучение неравновесных процессов в сверхпроводниковых наноструктурах имеет большое фундаментальное и прикладное значение.

Для создания практических приемных устройств важен наибольший квантовый выход, т.е. количество квазичастиц, образующееся после поглощения фотона сверхпроводящей плёнкой. Таким свойством обладают приборы, в которых тее<те, где тее - время электрон-электронного неупругого рассеяния; а те - время релаксации энергии электронов. При этом вся энергия поглощённого излучения сначала распределится только по электронной подсистеме.

В достаточно тонких плёнках наблюдается явление электронного разогрева, когда между электронной и фононной подсистемами не устанавливается термодинамического равновесия [1-8]. Это происходит, если те5<тр11С, где те5 -время ухода энергичных фононов из плёнки, а тР1,с - время неупругого рассеяния фононов на электронах. При электронном разогреве отсутствуют энергетические потери на болометрический нагрев плёнки в целом, и быстродействие прибора полностью определяет величина тср[1. Реализация обоих из перечисленных условий приводит к высокой чувствительности приёмников с одновременным повышением их быстродействия [9-15].

Цель работы — изучение закономерностей электрон-фононного взаимодействия в тонких неупорядоченных металлических пленках и, гетероструктурах с двумерным электронным газом на границе, исследование неравновесных процессов в сверхпроводниковых наноструктурах и создание на их основе электронных приборов и методов регистрации* субмиллиметрового иг инфракрасного излучения.

Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Провести экспериментальное исследование особенностей энергетической релаксации носителей и температурной зависимости сопротивления- ЩТ) в тонких неупорядоченных металлических пленках N1), А1, Ве в, диапазоне температур 4,2 - 300 К.

2. Прямым методом из релаксации фотопроводимости в субмиллиметровом диапазоне экспериментально определить неупругие времена релаксации двумерных носителей в АЮаАз/ОаАэ гетероструктурах как в квазиравновесных условиях, так и при разогреве электронов постоянным электрическим полем в интервале температур 1,6-15 К.

3*. Провести экспериментальное исследование неравновесных состояний, вызванных поглощением одиночных фотонов в ультратонких сверхпроводящих пленках МэМ в условиях протекания тока близким к критическому значению.

4. Исследовать характеристики, однофотонных сверхпроводниковых детекторов на основе пленок квантовой эффективности, уровня темновых срабатываний, спектральной чувствительности.

Объектами исследования являлись тонкие неупорядоченные металлические пленки Мэ, А1, Ве , гетероструктуры на основе АЮаАз-ОаАБ с двумерным электронным газом на границе и узкие (шириной 100 - 200 нм) структуры, из сверхпроводящей пленки нитрида ниобия (№>1Ч) толщиной

4 нм — 20 нм), имеющие форму мостика или меандра площадью 4x4 мкм , о либо 10x10 мкм .

Предметом исследований являются процессы энергетической релаксации и диффузии горячих квазичастиц в тонких проводящих слоях металлов^ полупроводников, сверхпроводников и однофотонные процессы в очень узких и тонких пленках сверхпроводников.

Методы исследования»

В работе применялись методы исследования^ электрического сопротивления тонкопленочных металлических образцов, метод измерения релаксации фотопроводимости гетероструктуры в субмиллиметровом диапазоне волн, метод регистрации фотоотклика сверхпроводниковой наноструктуры в инфракрасном* диапазоне при поглощении одиночных фотонов, а также методы измерения темновых срабатываний сверхпроводниковой наноструктуры и спектральной чувствительности в инфракрасном диапазоне волн. Измерения проводились при криогенных температурах.

В процессе работы были получены новые научные результаты:

1. Исследованы^ температурные зависимости пленочных образцов примесных металлов (А1, Мэ, Ве, Мэ>1), в области температур 4,2 -г- 300 К. Во всех материалах впервые обнаружен^ квадратичный« по температуре1 вклад в сопротивление пропорциональный остаточному сопротивлению ро, и, обратно пропорциональный длине свободного пробега (Г1).

2. Впервые определены константы взаимодействия электронов с поперечными фононами. С использованием измеренных значений данных констант проведен расчет скоростей неупругой электрон-фононной релаксации в А1, №>, Ве. Показано, что взаимодействие с поперечными фононами играет ключевую роль в процессе неупругой электрон-фононной релаксации.

3. Прямым методом по регистрации фотоотклика в субмиллиметровом диапазоне волн, определены времена неупругой релаксации двумерных носителей в АЮаАзЛлаАБ гетероструктурах в квазиравновесных условиях и И при разогреве электронов постоянным электрическим полем в интервале температур 1,6-15 К. Показано, что времена релаксации энергии при низких температурах определяются электронной температурой.

4. Обнаружен и изучен эффект однофотонного детектирования света видимого и ИК диапазонов в сверхпроводниковых МЬИ наноструктурах толщиной1 4 - 10 нм и шириной ~100 нм при температуре ниже температуры сверхпроводящего перехода в условии протекания электрического* тока, близкого по величине к критическому току.

5. На основе ультратонких сверхпроводниковых пленок КП^ разработаны однофотонные детекторы. Исследована квантовая эффективность таких детекторов при температурах 1.8 - 4.2 К в зависимости от транспортного тока.

6. Обнаружена зависимость квантовой4 эффективности сверхпроводниковых однофотонных детекторов от толщины пленки.

7. Исследована зависимость скорости темнового счета сверхпроводниковых однофотонных детекторов от транспортного тока. Показано, что она имеет экспоненциальный характер.

8. Исследована спектральная зависимость квантовой эффективности сверхпроводниковых однофотонных детекторов в видимом, ближнем и среднем ИК диапазонах при различных температурах. Наблюдается-. повышение квантовой эффективности и транспортного тока* при-понижении-температуры.

9. Из экспериментальных данных по квантовой* эффективности и скорости темнового5 счета, определена мощность эквивалентная шуму №>]Ч-сверхпроводниковых однофотонных детекторов на длинах волн 1,26- б мкм в диапазоне температур 2-4,9 К, установлено ее уменьшение при понижении рабочей температуры детектора. Мощность эквивалентная шуму сверхпроводникового однофотонного МэИ детектора на длине волны 1,26 мкм при Т=2,ЗК достигает значения —5x10"21 Вт Гц"1/2.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Вклад в сопротивление примесных металлов (А1, М>, Ве) квадратичный по температуре, пропорциональный остаточному сопротивлению ро, (Т1) и обусловленный интерференцией электрон-фононного и электрон-примесного взаимодействий. Этот вклад определяется взаимодействием электронов' с поперечными фононами при1 неупругом рассеянии электронов1 на примесях. Установлено, что величина- интерференционного вклада возрастает в металлах с большим отношениемхкоростей продольного и поперечного звука;

2. Константььвзаимодействия! электронов с, поперечными" фононами имеют следующие значения: в № величина константы составляет 10,3 в А1 — 4,67, в Ве - 4,3; расчет скоростей неупругой электрон-фононной релаксации- в А1, №), Ве по результатам измерения температурной зависимости сопротивления;

3. Значения времени неупругой релаксации двумерных носителей в АЮаАз/ОаАз гетероструктурах в квазиравновесных условиях и при разогреве электронов постоянным электрическим-полем в интервале температур 1,6-15К, полученные впервые из измерений фотоотклика в субмиллиметровом' диапазоне волн составляют: 1,23 не при Т=1,6 К и 0,93 не при Т=15 К. Установлено, что при Т<5 К преобладает пьезоакустический механизм электрон-фононного взаимодействия Вт неупругих процессах рассеяния электронов;

4. При- поглощении фотона-* видимого», и ИК диапазонов в-сверхпроводниковых однородных ЫЬ^ наноструктурах толщиной* 4 - Ю нми шириной ~100 нм при температуре ниже температуры- сверхпроводящего перехода в условии протекания электрического тока, близкого по величине к критическому току возникает импульс напряжения. На основе этого эффекта предложен новый тип однофотонного детектора;

5. Для лучших сверхпроводниковых однофотонных детекторов квантовая эффективность на длине волны 1.26 мкм достигает значения 30% уже при температуре 4.2К и не испытывает существенного увеличения с понижением рабочей температуры детектора до 1.7К, в то время, как для большинства.детекторов наблюдается повышение квантовой эффективности с 5-10% при 4.2К до 30% при 1.7К. Предельная величина квантовой эффективности -30% обусловлена максимальным значением коэффициента поглощения пленки NbN в видимом и ИК диапазонах;

6. На длине волны 2,4 мкм квантовая эффективность сверхпроводниковых однофотонных детекторов, из плёнки толщиной ~ 3,5нм при прочих равных условиях на три порядка превышает квантовую эффективность детекторов из плёнки толщиной Юнм;

7. Мощность эквивалентная'шуму NbN сверхпроводниковых однофотонных детекторов на длине волны 1,26 мкм при Т=2,ЗК достигает значения*~5><10"21 Вт Гц1'2.

Достоверность полученных результатов обеспечивается^ использованием современных методов исследования, разумным согласием полученных данных с последующими, экспериментальными и теоретическими исследованиями и функционированием.практических устройств, созданных в результате работы.

Практическая значимость работы

1. На основе проведенных экспериментов предложена методика экспресс-оценки скорости энергетической релаксации в тонких металлических пленках по результатам измерения температурной зависимости сопротивления. Такая методика позволяет быстро тестировать материалы и осуществлять целенаправленный поиск материалов и структур с заданными значениями времени энергетической релаксации, что является важным при создании быстродействующих электронных устройств.

2. Полученные прямым методом данные о временах энергетической релаксации двумерных электронов позволяют ' оценить инерционность детекторов, работающих на электронном разогреве в 2Б-структурах AlGaAs/GaAs, а также смесителей субмиллиметрового диапазона.

3. В результате проведенного исследования разработан детектор одиночных фотонов на основе тонкой сверхпроводящей пленки NbN. Детектор обладает рекордными значениями чувствительности, быстродействия и низким уровнем темновых срабатываний в широком спектральном диапазоне.

Благодаря уникальности характеристик сверхпроводникового однофотонного детектора появился целый ряд новых возможностей для неразрушающего контроля больших интегральных схем, регистрации сверхслабого излучения в сочетании с высоким- временным разрешением в, телекоммуникационных линиях, в биомедицинских системах создания-изображений, в1 метрологии для измерения, сверхмалых мощностей,излучения.путём счёта единичных фотонов, в системах квантовой криптографии.

В ЗАО' «Сверхпроводниковые нанотехнологии» изготовлены приёмные' системы, чувствительным элементом которых является сверхпроводниковый однофотонный детектор. Из динамики заказов видно, что рынок сверхпроводниковых приёмных систем стремительно-расширяется. Благодаря высоким характеристикам эти системы успешно конкурируют с некриогенными аналогами. Кроме того, использование криорефрижираторов замкнутого цикла для сверхпроводниковых однофотонных детекторов позволяет сделать эти приёмные системы такими, же простыми в эксплуатации для конечного пользователя, как и некриогенные приборы (например, лавинные диоды или фотоумножители).

Фактически, начав десять лет назад исследования- взаимодействия, одиночных фотонов с носителями в узких и тонких сверхпроводящих полосках при протекании в них транспортного тока близкого к- критическому значению, автор данной работы стала одним из основоположников этого направления в, физике неравновесных явлений в. сверхпроводниках. Уровень научных результатов и рекордные характеристики, создаваемых в Mill У приборов, стимулировали развитие данного научно-технического направления в ряде зарубежных научных центров и коммерческих компаний, с которыми* Ml 11 У осуществляет сотрудничество. Многие из них получают пленки или готовые наноструктуры от МШ У в рамках совместных работ.

Совокупность полученных в диссертации результатов является крупным научным достижением в области» физики конденсированного состояния — экспериментальном изучении свойств неупорядоченных металлических пленок и неравновесных процессов в сверхпроводниковых и полупроводниковых наноструктурах. Таким образом, проведенное исследование соответствует паспорту специальности 01.04.07 — физика конденсированного состояния:

При проведении исследований были получены патенты:

- патент на изобретение № 2300825 зарегистрирован* 10.06:2007 приоритет от 21.12.2005* "Быстродействующий сверхпроводниковый-однофотонный детектор"; авторы- Гольцман Г.Н., Чулкова Г.М., Окунев О.В., Воронов.Б.М., Каурова Н.С., Корнеев'А.А., Антипов А.В., Минаева.О:В".;

- патент на. изобретение № 2327253 зарегистрирован 20.06.2008, приоритет от 15.08.2006* "Быстродействующий сверхпроводниковый однофотонный детектор с полосковыми резисторами"; авторы Гольцман F. Н., Чулкова Г. М., Окунев О.» В., Мельников, А. П:, Воронов Б. М., Каурова'Н. С. Корнеев А. А., Антипов А. В., Минаева О. В., Дивочий А-. В.

- патент на изобретение №2346357 зарегистрирован 10.02.2009; приоритет от 26.06.2007; "Сверхпроводниковый фотонный детектор видимого и инфракрасного диапазонов излучения, различающий число фотонов", авторы Гольцман Г. Н., Чулкова Г. М., Корнеев А. А., Дивочий А. В.

Апробация результатов.

Результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались, наследующих конференциях: XXX Совещании по физике низких температур (Дубна, 1994); XI конференции по электронным свойствам двумерных систем, Ноттингем, Великобритания (1995); 21 Международной конференции по физике низких температур в Праге, Чехия (1996); 5 научном семинаре "Нанотехнологии в области' физики, химии и биотехнологии" (2002); Международной конференции по квантовой электронике «Nano and Giga Challenges in Microelectronics Research and Opportunities in Russia», Москва, Россия (2003); IV Международной научно-технической конференции МИЭТ, Москва (2004); 6 Европейской конференции по прикладной сверхпроводимости; Пятом международном российско-украинском семинаре «Нанофизика и наноэлектроника», С.-Петербург, Россия; Международной научной конференции «Пленки — 2004» Москва, Россия; 29 Международной конференции по инфракрасным и миллиметровым волнам, Карлсруэ, Германия (2005); 2 Международной конференции по оптоэлектронике и физике лазеров (CAOL), Ялта, Крым, Украина (2005); Международном симпозиуме- по фотонике (OPERA), Вроцлав, Польша (2006); Международной конференции по инфракрасным и миллиметровым волнам IRMMW 2007, Кардиффа Великобритания; Рабочей встрече по однофотонным детекторам Single-Photon Workshop 2007, Турин, Италия; 12 Международной рабочей встрече по низкотемпературным детекторам, Париж,- Франция* (2007); 8- Европейской конференции по прикладной сверхпроводимости EUCAS> — 2007, Брюссель, Бельгия; IX Международной конференция «Опто- наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы», Ульяновск (2007); Рабочей встрече по фундаментальным исследованиям электронных наноситем, Nano Питер 2008, Санкт-Петербург, Россия; Международной конференции «Single Photon Workshop 2009», Boulder, Колорадо, США, 2009; XIII, XIV, XV международных симпозиумах «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород (2009, 2010, 2011); ХХЬ Международной научно-технической' конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, Москва, (2010); Ш-ей Международной научной конференции «Функциональная компонентная« база микро-, опто- и наноэлектроники», Крым, Украина (2010).

Личный вклад автора В диссертации изложены результаты работ, выполненных автором лично и в соавторстве с коллегами. Исследования, связанные с развитием научного направления по изучению интерференции электрон-фононного и электрон-примесного взаимодействий в примесных металлах, проведены в соавторстве с A.B. Сергеевым, автором теоретической модели. Исследования неупругой релаксации двумерных носителей в AlGaAs/GaAs гетероструктурах и эффекта однофотонного детектирования света видимого и ИК диапазонов в сверхпроводниковых NbN' наноструктурах проведены совместно с Г.Н. Гольцманом, который является научным наставником и коллегой автора на протяжении всей профессиональной деятельности. Все экспериментальные исследования сверхпроводниковых однофотонных детекторов проводились автором1 лично совместно с К.В. Смирновым, О.В. Окуневым и A.A. Корнеевым. Автор! осуществлял анализ и обобщение полученных данных, интерпретировал полученные результаты, и проводил все необходимые расчеты. Все результаты, выносимые на защиту, получены авторомили при его определяющем вкладе.

Публикации

По результатам проведенных исследований опубликовано 69 работ, в том числе 24 в ведущих рецензируемых отечественных И' зарубежных журналах, а также в материалах Всероссийских и международных конференций. Получено 3 патента.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, приложения и списка цитируемой литературы. Диссертационная работа изложена на 220 страницах, включая 68 рисунков, 10 таблиц, 1 приложение и список литературы из 143 наименований.

Выводы

1. При поглощении фотона видимого и. ИК диапазонов в сверхпроводниковых однородных МзИ наноструктурах толщиной 4 - 10 нм и шириной 100 - 200 нм при температуре ниже температуры сверхпроводящего перехода в условии протекания электрического тока, близкого по величине к критическому току, возникает импульс напряжения. На основе этого эффекта предложен новый тип однофотонного детектора.

2. Для лучших №>И сверхпроводниковых однофотонных детекторов квантовая эффективность на длине волны 1.26 мкм достигает значения 30% уже при температуре 4.2К и не испытывает существенного увеличения с понижением рабочей температуры детектора до 1.7К, в то время, как для большинства детекторов наблюдается повышение квантовой эффективности с 5-10% при 4.2К до 30% при 1.7К, Предельная величина квантовой эффективности -30% обусловлена максимальным значением коэффициента поглощения пленки NbN в видимом и ИК диапазонах.

3. На длине волны 2,4 мкм квантовая эффективность сверхпроводниковых однофотонных детекторов из плёнки толщиной ~ 3,5нм при прочих равных условиях на три порядка превышает квантовую эффективность детекторов из плёнки толщиной Юнм.

4. Мощность эквивалентная шуму NbN сверхпроводниковых однофотонных детекторов на длине волны 1,26 мкм при Т=2,ЗК достигает значения

Л1 1 /Л

-5x10" Вт Гц" при токе смещения 0,87 от критического значения.

Заключение

На основе результатов, полученных в диссертационной работе, можно сделать следующие основные выводы:

1. Исследование температурных- зависимостей, пленочных образцов примесных металлов (Al,,Nb, Ве); в области, температур 4,2 -г 300-К показало, что во всех материалах существует квадратичный по температуре- вклад в сопротивление пропорциональный' остаточному сопротивлению р0, и обратно пропорциональный длине свободного?. пробега, (Г1), обусловленный интерференцией, электрон-фононного и электрон-примесного взаимодействий. Этот факт позволяет отделить исследуемую^ поправку к сопротивлению от поправки, обусловленной электрон-электронным рассеянием; которая не зависит от остаточного- сопротивления. Величина^ интерференционного вклада возрастает в- металлах с большим- отношением скоростей продольного и поперечного звука.

2. Показано, что во всей области температур экспериментальная зависимость р(Т) хорошо аппроксимируется суммой интерференционного вклада и вклада чистого- электрон-фононного взаимодействия* (Блоха-Грюнайзена). Температура перехода, (кроссовера)< от одного механизма к другому существенно зависит от £ и составляет 120К для Nb, 45К для AI, 87К для Ве.

3. Сравнение экспериментальных результатов с теорией позволило определить константы, взаимодействия электронов с поперечными фононами в» AI, Nb, Ве. С использованием измеренных значений данных констант проведен расчет скоростей неупругой электрон-фононной релаксации в вышеперечисленных материалах. Установлено, что расчетные значения находятся в очень хорошем соответствии с экспериментально измеренной скоростью сбоя фазы волновой функции электрона. Показано, что взаимодействие с поперечными фононами играет ключевую роль в процессе неупругой электрон-фононной релаксации.

4. Время энергетической* релаксации электронов за счет электрон-фононного взаимодействия при данной температуре существенно зависит от параметров материала, так и от £, и может реально изменяться в* пределах трех порядков величины.

5. Прямым методом из релаксации фотопроводимости в субмиллиметровом диапазоне волн; определены времена неупругой релаксации двумерных носителей в АЮаАз/ваАз гетероструктурах в квазиравновесных условиях и при разогреве электронов постоянным электрическим полем в интервале температур11,6-15 К. Показано, что времена релаксации энергии при низких температурах определяются электронной температурой. Получено, что время релаксации энергии обратно пропорционально электронной температуре в области низких температур и слабо зависит от температуры при Т>4,2К. Значение те составляет ~ 0,9 не для

1 1 Л 1

N5=4,2x10 см при Т=4,2-И2К. Линейная зависимость тс" (Т) в блох-грюнайзеновской области температур (Т<5К) однозначно указывает на преобладание пьезоакустического механизма электрон-фононного взаимодействия в неупругих процессах рассеяния электронов. Хотя вклад рассеяния на деформационном потенциале в этой области температур- еще значителен.

6. Обнаружен и изучен эффект однофотонного детектирования света видимого и ИК диапазонов в сверхпроводниковых КЬИ наноструктурах толщиной 4 - 10 нм и шириной ~100 нм при температуре ниже температуры сверхпроводящего перехода в условии протекания транспортного тока, близкого по величине к критическому току.

7. На основе ультратонких сверхпроводниковых пленок 1МЬК созданы однофотонные детекторы. Исследована квантовая эффективность такого детектора при температурах 1.8 — 4.2 К в зависимости от транспортного тока.

8. Обнаружена зависимость квантовой эффективности сверхпроводниковых однофотонных детекторов от толщины пленки.

9. Исследована: зависимость скорости темнового счета сверхпроводниковых однофотонных детекторов от транспортного тока. Показано, что она имеет экспоненциальный характер.

10; Исследована спектральная зависимость, квантовой эффективности сверхпроводниковых однофотонных детекторов в видимом, ближнем и среднем ИК диапазонах при различных температурах. Наблюдается повышение квантовой эффективности при понижении температуры.

11. Из экспериментальных данных по квантовой эффективности и скорости темнового счета рпределена мощность, эквивалентная шуму для сверхпроводниковых однофотонных детекторов на длинах волн 1,26- 6 мкм в диапазоне температур 2-4,9 К, установлено ее-уменьшение при понижении рабочей температуры детектора. Мощность, эквивалентная шуму сверхпроводникового однофотонного №>1чГ детектора на длине волны« 1,26 мкм при Т=2,ЗК достигает значения ~5 х 10"21 Вт Гц"1/2. * *

Работа выполнена на: кафедре общей и экспериментальной; физики факультета физики и информационных технологий МПГУ.

Автор считает своим долгом искренне поблагодарить научного? консультанта, доктора, физ.-мат. наук, профессора Григория: Наумовича Гольцмана, который является ее научным, наставником на протяжении всей профессиональной деятельности.

Автор благодарит всех коллег по работе за помощь и дружеское участие, в особенности: руководителя технологической лаборатории УНРЦ Б.М.Воронова и весь ее коллектив за изготовление уникальных образцов для исследований.

1. Гершензон Е.М., Гершензон М.Е., Гольцман Г.Н., Семёнов А.Д., Сергеев А.В. Разогрев квазичастиц в сверхпроводящей плёнке, находящейся в резистивном состоянии// Письма в ЖЭТФ. - 1981 - Т.34 - В.5 - С. 281-285.

2. Гершензон Е.М., Гершензон М.Е., Гольцман Г.Н., Семёнов А.Д., Сергеев А.В. Неселективное воздействие электромагнитного излучения на сверхпроводящую плёнку в резистивном состоянии// Письма в ЖЭТФ.-1982 Т.36 - В.7 - С.241-244.

3. Гершензон Е.М., Гершензон М.Е., Гольцман Г.Н., Семёнов А.Д., Сергеев А.В. Разогрев электронов в резистивном состоянии сверхпроводника под действием электромагнитного излучения//ЖЭТФ — 1984 Т.86 - В.21. C.758-773.

4. E.M.Gershenzon, M.E.Gershenzon, G.N. Gol'tsman, A.D. Semenov, A.V. Sergeev. Hiating of electrons in superconductor resistive state due to electromagnetic radiation //Solid State Commun.- 1985- V.50 N3 - P.207-212.

5. G.M.Eliashberg, B.I.Ivlev Nonequilibrium Supercnductivity// ed. by

6. D.N.Langenberg and A.S.Larkin, North-Holland Elsevier Science B.V., Amsterdam 1986 - P.211.

7. Гершензон E.M., Гольцман Г.Н., Елантьев А.И., Карасик Б.С., Потоскуев С.Э. Разогрев электронов в резистивном состоянии сверхпроводника электромагнитным излучением значительной интенсивности// ФНТ — 1988 -N.14 №7 - С.753.

8. Елесин В.Ф., Кашурников В.А., Кондрашев В.Е., Шамраев Б.Н. Влияние электрон-электронных столкновений на характер фазового перехода и кинетику неравновесных сверхпроводников//ЖЭТФ 1983 - Т.84 - В.1 -С.223-229.

9. B.L. Altshuler, A.G. Aronov. Electron-electron interaction in disordered conductors II Modern problems in condensed matter science. Td. By A.L.Efros, M.Pollac. Amsterdam: North-Holl. Publ. Co. 1985 - p. 1-153.

10. Frenkel A. Mechanism- of nonequilibrium optical response of high-temperature superconductor// Phis. Rev. В 1993 - V.48 - N.13 - p. 9717-9725.

11. Гершензон E.M., Гольцман Г.Н., Гусев Ю.П., Семёнов- А.Д. Неравновесный, отклик тонких плёнок NbN на излучение миллиметрового и оптического диапазонов// СФХТ.- 1993 Т.6 - №6 - С. 1198-1210.

12. G. Gogidze, Р. В. Kuminov, А. V. Sergeev, A. I. Elant'ev, Е. М: Men'shchikov, and Е. М. Gershenzon Fast nonequilibrium induction detectors based on thin superconducting films// Tech1. Phys. 1998 — V.43> - N.10 -P.1193.

13. A.D. Semenov, H.-W. Hiibers, H. Richter, M. Birk, M.Krocka, U. Mair, K. Smirnov, G.N. Gol'tsman, B.M. Voronov. 2.5 THz hetrodyne receiver with NbN hot-electron-bolometer mixer// Physica С 2002 - V.372-376 - p. 454-459.

14. H. Takesue, S. Nam, Q. Zhang, R.H. Hadfield, T. Honjo, K. Tamaki, Y. Yamamoto Quantum key distribution over 40 dB channel loss using superconducting single photon detectors// Nature Photonics.-2007

15. R.H. Hadfield, J.L. Habif, J. Schalafer, R.E. Schwall, S. Nam Quantum key distribution at 1550 nm with twin« superconducting single photon detectors// Applied Physics Letters 2006 7 Y.89 - N. 241129 - pp.537-540".

16. Рейзер М.Ю., Сергеев A.B. Электрон-фононное взаимодействие в примесных металлах и сверхпроводниках// ЖЭТФ 1986 Т.90 - № 3 -С.1056-1070.

17. P.L.Taylor The Inelastic Scattering of Electrons at Impurities in Metals// Proc.Phys.Soc.London 1962 - V.80 - p.755-758; Changes in Electrical Resistance Caused by Incoherent Electron-Phonon Scattering// Phys.Rev. 1964 -V.135 - 5A - p.A1333-A1335.

18. Каган Ю., Жернов А.ГТ. К теории электропроводности, металлов с немагнитными примесями//ЖЭТФ 1966 -Т.50 - №4 - С. 1108-1123;

19. Комник Ю.Ф., Каширин В.Ю., Белевцев Б. И: и др;. Время неупругой релаксации электронов в неупорядоченных пленках висмута. "Грязный" предел// ФНТ 1994 - Г.20 — С. 158-166.

20. PJ.Price Electron transport in; polar heterolayers// Surf.Sci: 1982 V. 113, P: 199-210.

21. P.J.Price Low temperature two dimensional mobility of a GaAs heterolayer// Surf. Sci, 1984 - V. 143 - P. 145-156.

22. P.J.Price Hot electron in GaAs heterolayer at low temperature//J.Appl.Phys.1982 V.53 -N. 10 - p.6863-6866;

23. Карпус В. Энергетическая релаксация двумерных электронов1 при пьезоакустическом рассеянии// ФТП' 1988-Т. 22- С. 439-449.

24. I-Yang, F.Agahi, D.Dai, C.Musante, W.Grammer, K.M.Lau, K.S.Yngvesson Wide-bandwidth electron bolometric mixers: a 2Deg prototype and potentiar forlow noise Thz receivers// IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1993 - v. MTT 41 - p.581-589.

25. Ашкрофт H., Мермин H. Физика-твердого тела//М. Мир. 1979.

26. Блатт. Ф. Физика электронной проводимости в твердых телах//М. Мир. 1971.

27. Займан Дж. Электроны и фононы//М. Издательство иностранной литературы. 1962.

28. GruneisenE.// Ann.d.Phys. 1933 -V.5 -N.16-P. 530

29. Лифшиц И.М., Азбель М.Я., Каганов-М.И. Электронная теория металлов // М. Наука. 1971, С.208-209.

30. Гершензон Е.М., Гершензон М.Е., Гольцман Г.Н., Люлькин A.M., Семенов А.Д., Сергеев А.В. Электрон-фононное взаимодействие в ультратонких пленках Nb// ЖЭТФ 1990 - Т.97 - №.3 - С.901-911.

31. Птицина Н.Г., Чулкова Г.М., Гершензон E.M., Гершензон М.Е. Влияние интерференции электрон-фононного и электрон-примесного рассеяния на проводимость неупорядоченных пленок Nb// ЖЭТФ 1995 - Т. 107, В.5, С. 1722-1730.

32. Альтшулер Б.Л. О температурной зависимости примесной проводимости металлов при низких температурах// ЖЭТФ 1978 - Т. 75 - № 10, С. 13281341.

33. Grimvall G. The electron-phonon interaction in metals// North-Holland. Amsterdam. 1981.

34. A.V.Sergeev, M.Yu.Reizer. Photoresponse mechanisms of thin superconducting films and superconducting detectors// Intern.J.Mod.Phys.B. 1996 V.10 — N. 6 -P.635-667.

35. В.С.Егоров, С.В.Варюхин, "Температурный минимум сопротивления в бериллии" // Письма в ЖЭТФ, т.25, вып. 1,стр.58-61.

36. T.L.Loucks, P.H.Cutler, "Band structure and Fermi surface of beryllium" // Phys.Rev. v.133, N-3A, pp. A819-A829, 1964; T.L.Loucks "Further results on the Fermi surface of beryllium" // Phys.Rev, v. 134, N 6A, pp.A1618- A1620, 1964.

37. W.E.Lawrence, J.W.Wilkins, "Umklapp electron-phonon scattering in the low-temperature resistivity of polyvalent metals" // Phys.Rev. B; v.6, N12,pp. 44664482, 1972.

38. W.E.Lawrence, J.W.Wilkins, "Electro-electron scattering in the transport coefficients of simple metals" // Phys.Rev. B, v.7, N 6,pp. 2317-2332, 1973.

39. C.W. Lee, W.P.Pratt, Jr.,J.A.Rowlands, and P.A. Schroeder," Observation of Inelastic Impurity Scattering of Electrons in the Resistivity of Potassium-Rubidium* Alloys" //Phys.Rev.Lett. 45, 21, р.1708-171Г, 1980.

40. R.F.S.Hearmon, "in Elastic Piezoelectric and Related Constants of Crystals", edited by K.H. Hellwege and A.M.- Hellwege, Landolt-Bornstein, // New Series, Vol.III/11 (Springer-Verlag, Berlin, 1979), p.ll.

41. J.J.Harris, J.A.Pals and R.Woltjer, "Electronic transport in' low-dimensional structures" // Rep.Prog.Phys., 52, 1989, pp.1217-1266, Printed in the UK.

42. T.Ando, A.B.Fowler, F.Stern "Electronic properties of two-dimentional systems" // Rev. Mod. Phys.,V.54,No.2, 1982.

43. C.Weisbuch, B.Vinter "Quantum semicomductor structures: Fundamentals and applications"// edited by Academic Press, Inc. Harcourt Brace Jovanovich, Printed in the USA, p. 19-21, 1991.

44. W.Walukiewicz, H.E.Ruda, J.Lagowski, and H.C.Gatos, "Electron mobility in modulation-doped heterostructures" // Phys.Rev.B30, 8, p. 4571-4582, 1984.

45. Witkowski L.C., Drummond T.J., Stanchak C.M. and Morkos H., // Appl.Phys. Lett., 37, 1033, 1980

46. H.L.Stormer, A. Pinezuk, Gosseg = wrd A.S. and V. Weigman // Appl.Phys. Lett., 38, 69, 1981/

47. B.K.Ridley, "Hot electrons in low-dimensional structures"// Rep.Prog.Phys., 54, 1991, pp. 169-256,' Printed in the UK.

48. A. Mittal, "Electron-phonon scattering rates in 2-D systems", Advanced NATO* Proceedings on "Quantum Transport in Submicron Structures" // Kluwer Academic Press, 1996.

49. P.J.Price,"Heterolayer mobility in the Bloch-Gruneisen range" // Solid. State Commun., v. 51, p. 607-608, (1984).

50. L.Pfeiffer, K.W.West, H.L.Stormer, and K.W.Baldwin, "Electron, mobilities exceeding 107 cm2 /Vs in modulation-doped GaAs" // Appl.Phys. Lett., v.55,N 18 p.1888-1890, (1989).

51. C.T.Foxon, J.J.Harris, D:Hilton, J.Hewett, and C.Roberts, "Optimisation» of (Al,Ga)As/GaAs two-dimentional electron gas structures for low carries, densities and ultrahigh mobilities at low temperatures" // Semicond.Sci.Technol. 4, 582-585 (1989).

52. W.Walukiewicz, "Acoustic-phonon scattering in modulation-doped heterostructures" // Phys.Rev. В 37, N14 p.8530-8533, (1988).

53. J.H.English, A.C.Gossard, H.L.Stormer, and K.W.Baldwin, "Structures with electron mobility of 5 106 cm2 /Vs" // Appl.Phys.Lett. v. 50, N25, p.1826-1828, (1987).

54. Y.Shinba, K.Nakamura, M.Fukuchi, M.Sakata, "Hot electron effect in Si (111) inversion layer at low temperatures" // J.Phys.Soc.Japan, v. 51, N 12, p. 39083914, (1982).

55. В.Я.Демиховский, Б.А.Тавгер, "Рассеяние электронов акустическими колебаниями в тонких полупроводниковых пленках" // ФТТ, т.бб в. 3 с. 960962, (1964).

56. Y.Kawaguchi, S.Kawaji, "Lattice scattering mobility of n-inversion layers in Si (100>at low temperatures" // Surf. Sci., v.98, N 2, p. 211-217, (1980).

57. T.Ono, Y.Oda, H.Nagano, S:Kawaji, Y.Kawaguchi, T.Nambu, // Preprints of Annual-Meeting of the Physical Society of Japan; Hirochima, 1981.

58. В'.Карпус, "Энергетическая и импульсная релаксация двумерных* носителей заряда при взаимодействии с деформационными акустическими фононами" // ФТП , 20, вып.1, 12-19, (1986);

59. В.Карпу с, "О подвижности двумерных носителей заряда при-пьезоакустическом рассеянии" // ФТП , 21, вып.11, 1949-1956, (1987);

60. V.Karpus, "Theoretical limit of mobility of two dimensional electrons in GaAs" // Semicond! Sci.Technol. 5, 691-694, (1990).

61. H.L.Stormer, L.N.Pfeiffer, K.W.Baldwin, and K.W.West, "Observation of a Blbch-Gruneisen regime in two-dimentional electron transport" // Phys.Rev. B, v.41, N 2, p.1278-1281, (1990).

62. М.Г.Блюмина, А.Г.Денисов, Т.А.Полянская, И.Г.Савельев., А.П.Сеничкин, Ю.В.Шмарцев "Энергетическая, релаксация- двумерных электронов' на-гетерогранице AlGaAs/GaAs" // Письма в ЖЭТФ 44, вып.5, 257-260, (1986).

63. H.Sakaki, K.Hirakawa, J.Yoshino et.al., "Effects of electron heating on the two dimensional magnetotransport in AlGaAs/GaAs heterostructures" // Surf.Sci. 142, pp.306-313, (1984).

64. K.Hirakawa, H.Sakaki , "Energy relaxation of two-dimensional electrons and the deformation potential constant in selectivety doped AlGaAs/GaAs heterojunctions" //Appl.Phys.Lett. 49(4), pp.889-891, (1986).

65. Hopfel R.A., Weimann G., "Electron heating and free-carrier abcorption in AlGaAs/GaAs single heterostructures" // Appl. Phys. Lett., 1985, v. 46, N3, pp. 291-293.

66. Shah I., Pinczuk A., Stormer H.L., Gossard A.C., Weiegmann W., "Electric field induced4- heating of high mobility electrons in- modulation-doped GaAs heterostructures" // Appl. Phys. Lett, 1983, v. 42, N1, pp.55-57.

67. Shah I., Pinczuk A., Gossard* A.C., Weiegmann W., "Energy-loss rates for hot* electrons and holes in GaAs quantum wells" // Phys.Rev.Lett., 1985, v. 54, N 18, pp. 2045-2048.

68. Y.Ma, R.Fletcher, and E.Zaremba, M.D'Iorio, C.T.Foxon and J J.Harris, "Energy-loss rates of Two-dimensional electrons at a GaAs/AlxGai.xAs interface" // Phys.Rev. B, v. 43, N 11, p. 9033-9044, (1991).

69. A. Semenov, G. Gol'tsman, A. Korneev, "Quantum detection by current carrying superconducting film" // Physiea C, 351 (2001) pp. 349-356

70. Yu. P. Gousev, G. N. Gol'tsman , A. D. Semenov, E. M. Gershenzon, R. S. Nebosis, M. A. Heusinger,, K. F. Renk. "Broadband ultrafast superconducting NbN detector for elecromagnetic radiation" // J.Appl.Phys. 75, 3695-3697, (1994).

71. С. Чередниченко. "Разработка и- исследование сверхпроводниковых терагерцовых смесителей на электронном разогреве" // Диссертация на соискание степени кандидата физико-математических наук, Московский педагогический государственный университет, 1999.

72. М. Stuivinga, C.L.G. Ham, Т.М. Klapwijk,, JiE. Mooij. // J. Low Temp. Phys, 53, p. 633, 1983

73. M. Stuivinga, J.E. Mooij „Т.М. Klapwijk. // J. Low Temp. Phys, 46,P. 555, 1982

74. M. Stuivinga, T.M. Klapwijk, J.E. Mooij,, A. Bezuijen. // J. Low Temp. Phys., 53, p. 673, 1983

75. A. VI. Gurevich, R. G. Mints // Review of modern physics, 59, P. 941, 1987.

76. A.B. Гуревич, Р.Г. Минц, "Автоволны в нормальных металлах" // М. ИВ-ТАН. с. 165.

77. О.Г. Вендик, А .Я. Зайончковский, С.Г. Колесов, СБ. Красиков, О.В. Пахомов, А.С. Рубан, "Разрушение и восстановление сверхпроводящего состояния в плёнках ниобия при воздействии импульсов транспортного тока" // ФЕТ, 12(6) стр. 576,1986.

78. A.Kadin, M. Leung, A. Smith, I. Murduck "Photofluxonic detection: A new mechanism for infrared detection in superconducting thin films"// Appl.Phys. Lett. -Vol. 57, N 26, pp. 2847-2849: 1990:

79. A. Semenov, A. Engel, K. Il'in, G. Gol'tsman, M. Siegel, H.-W.Hiibers, "Ultimate performance of a superconducting quantum detector" // Eur. Phys. J. AP, 21, p. 171-178,2003

80. L. Maingault, M. Tarkhov, I. Florya, A. Semenov, R. Espiau de Lamaestre, P. Cavalier, G. Gol'tsman, J'.-P. Poizat, and J.-C. Villegier "Spectral dependency of superconducting single photon detectors" // Journal of Applied'Physics 107, 116103 (2010)

81. A. Kerman, E. Dauler, W. Keicher, J. Yang, K. Berggren, G. Gol'tsman, B. Voronov "Kinetic-Inductance-Limited Reset Time of Superconducting Nanowire Photon Counters" // Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 88. Pp. 111-116.

82. M. Tarkhov, J. Claudon, J. P. Poizat, A. Korneev, A. Divochiy, O. Minaeva, V. Seleznev, N. Kaurova et al. "Ultrafast reset time of Superconducting Single Photon Detectors" // Appl. Phys. Lett. 2008. Vol. 92. Pp. 241112-1-241112-3.

83. A.F.Mayadas, R.B.Laibowitz, J J.Cuomo, "Electrical characteristics of r.f.-sputtered single-crystal niobium films" // J.Appl.Phys.,v.43,p.l287"(1972).

84. F.R.Fickett, "Aluminium.I.A. review of resistive mechanisms in aluminium" // Cryogenics (.1971), v.1'1, N 7, p.349-359:

85. А.В.Бутенко, Е.И.Бухштаб, В.Ю.Каширин; "Анизотропия квантовой поправки к магнитопроводимости неупорядоченных пленок бериллия" // ФНТ, том 13, №42 стр. 1235-1298, 1987.

86. А.В.Бутенко, Е.И:Бухштаб, В.Ю.Каширин, Ю.Ф.Комник, "Электрон-фононное взаимодействие в неупорядоченных пленках бериллия" // ФНТ, том №-14 стр. 421-424, 1988.

87. S. Cherednichenko, P. Yagoubov, К. Il'in, G. Gol'tsman, Е. Gershenzon, "Large bandwidth of NbNfphonon cooled hot electron bolometer mixers on-sapphire substrates" // in Proc. 8th Int. Symp. On Space Terahertz Technology, Boston, MA; 1997, p.245.

88. К.Л.Чопра, "Электрические явления в тонких пленках" // М. Мир, 1972, гл.2.

89. Ф.Т.Пикус, "Об увеличении низкотемпературной подвижности двумерных электронов при постоянной подсветке"// Письма в ЖЭТФ, т. 52, вып. 10,стр. 1150-1153,(1990).

90. B.J.Dalrymple, S.A.Wolf, A.C.Ehrlich, et.al., "Inelastic electron lifetime in niobium films" //Phys.Rev.B,v.33,p.7514 (1986).

91. P.Santhanam and D.E.Prober, "Inelastic electron scattering mechanisms in clean aluminium films"// Phys.Rev.B, v.29, 3733, (1984).

92. K.S.Il'in, B.S.Karasik, N.G.Ptitsina, A.V.Sergeev, G.N.Gol'tsman, E.V.Pechen', S.I.Krasnosvobodtsev "Intrrrelation of resistivity andJ inelastic electron-phonon scattering rate in impurity NbC films" // Phys.Rev.B; v.57, No 24 15623-15628, (1998).

93. B.L.Altshuler, A.G.Aronov, M.E.Gershenzon, and Yu.V.Sharvin; // Sov. Sci. Rev. A 9; 223 (1987).

94. J.F.DiTusa, K.Lin, M.S.Isaacson, and J.M.Parpia, "Role of Phonon Dimensionality of Electron-Phonon Scattering Rates" // Phys.Rev. Lett. 68, 8, 1156(1992).

95. G.Dumpich and A.Carl, "Anomalous temperature-dependence of the phase-coherence length' for ingomogeneous gold films" // Phys.Rev.B v.43', N 44 p. 2074-2077 (1991).

96. МорозовіД.В., Смирнов K.B:, Смирнов А.В., ЛяховВ.А., Гольцман Г.Н. // Физика и техника полупроводников, 2005, Т.39. В.9. С. 1117.

97. A.Verevkin, J.Zhang, W.Slysz, R.Sobolewski, A.Lipatov, O.Okunev, G.Chulkova, A.Korneev, and G.Gol'tsman, " Superconducting Single-Photon Detectors for GHz-Rate Free Space Quantum Communications" // in "Free

98. Space Laser Communication and Laser Imaging", edited by J. C. Ricklin, and D. G. Voelz, (Bellingham, WA: SPIE), Vol. 4821, p. 447-454, 2002.

99. J.Zhang, W.Slysz, A.Pearlman, A.Verevkin, R.Sobolewski, O.Okunev,i

100. Olga Minaeva, Cristian Bonato, Báhaa E. Á. Saleh, David S; Simon» and Alexander V. Sergienko, "Odd- and Even-Order Dispersion Cancellation in Quantum Interferometry" // Physical Review Letters, 102, 100504 (2009).

101. A.D. Semenov, R.S. Nebosis, Yu.P! Gousev et al. Análisis; of the nonequilibrium photoresponse of superconducting films to pulsed radiation by use of a two-temperature model//Phys.Rev. B, volume 52, N.l, pp.581-590, 1995.

102. L.N. Bulaevskii, M.J. Graf, C.D. Batista, V.G. KoganVortex-induced dissipation in narrow current-biased thin-film superconducting strips//arXiv:1102.5130vl cond-mat.supr-con. 24 Feb. 2011

103. Robert H. Hadfield Single-photon detectors for optical quantum information applications// Nature photonics, VOL 3, DECEMBER 2009 pp. 696-705.

104. S. Komiyama, O. Astafiev, V. Antonov, T. Kutsiima,, H. Hiral. A singlephoton detector in the far-infrared range//Nature, 403 P. 405 407, 2000

105. Damien Stuckil, Claudio Barreirol, Sylvain Fasell et. al.- Continios high speed coherent one way quantum key distribution //OPTICS EXPRESS, Vol. 17, No. 16, 13326, 2009.