Туннелирование в многобарьерных и несимметричных сверхпроводниковых структурах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.22 ВАК РФ

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ.МЕТАЛОФІЗИКИ ім. Г. В. КУРДЮМОВА

^ УДК 537.312.62

Невірковець Іван Петрович

ТУІІЕЛЮВАННЯ В БАГАТОБАР’ЄРНИХ ТА НЕСИМЕТРИЧНИХ НАДПРОВІДНИКОВИХ СТРУКТУРАХ

Спеціальність 01.04.22 - надпровідність

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук

КИЇВ - 2000

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Інституті металофізики НАН України

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, професор, академік НАН України Янсон Ігор Кіндратович, Фізико-тєхнічний інститут низьких температур ім. Б. Веркіна НАНУ, завідуючий відділом

доктор фізико-математичних наук, професор Мелков Геннадій Андрійович, Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, декан радіофізичного факультету, завідуючий кафедрою

доктор фізико-математичних наук Прохоров Валерій Георгійович, Інститут металофізики НАНУ, старший науковий співробітник

Провідна установа:

Інститут фізики НАН України, м. Київ

Захист відбудеться “£5’’■??а?&л-УЛ-2000 р. о годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 26.168.02 при Інституті металофізики НАН України (м. Київ-142, просгі. Вернадського, 36, конференц-зал Інституту' металофізики НАН України). ’

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту металофізики НАН України за адресою: Київ-142, просп. Вернадського, 36.

Автореферат розісланий “ . ”____________2000 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 26.168.02

кандидат фізико-математичних наук

Сизова 'Г. Л.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Багатошарові тонкоплівкові надпровідні структури вже тривалий час викликають інтерес дослідників, головним чином тому, що з ними пов’язувались надії створення нових високотемпературних надпровідників [1-3]. Ранні експерименти в цьому напрямку показали підвищення критичної температури алюмінію до 5,7 К в структурах АІ/БіО [4], та надпровідність в шаруватих структурах Аи/Сг/Аи, А§/Ч3е, Аи/Се [5-7], що складаються з індивідуально ненадпровідних матеріалів. Були також відкриті природні анізотропні шаруваті надпровідники, такі як дихалькоґеніди перехідних металів та їх інтеркальовані сполуки (ИЬ8е2, ТаБ^, ТаБег) [8,9], та органічні надпровідники [10,11]. Експериментальне дослідження цих об’єктів зосереджувалось на вивченні таких макроскопічних параметрів, як критична температура, критичні магнітні поля, критичний струм, теплоємність, температурних та кутових залежностей критичних полів та ін. Теорія, що грунтувалась в основному на феноменологічному підході Гінзбурга-Ландау [12], змогла успішно пояснити багато властивостей, що спостерігались в експерименті. Проте недостатньо були вивчені мікроскопічні властивості цих матеріалів, наприклад, механізми електротранспорту в масштабі окремих шарів, та електронна структура надграток. Наприклад, тунельні дослідження надграток ИЬ-Си [13] не виявили передбачені теорією [14] зв’язані стани всередині енергетичної щілини. Хоча, ґрунтуючись на значній анізотропії шаруватих матеріалів, що пов’язана з модуляцією надпровідного параметра порядку поперек шарів, було висловлене припущення про наявність джозефсонівського зв’язку між окремими шарами [12], фактично джозефсонівські властивості багатошарових та багатобар’єрних структур не досліджувались.

Новий імпульс до поглибленого вивчення джозефсонівських багатобар’єрних структур в кінці 80-х - на початку 90-х років був викликаний кількома факторами. Головним з них було відкриття нових високотемпературних надпровідників. Експериметально було показано, що в надпровідниках ВігВ^СаСигОя+з, (РЬуВії.у^ггСаСигО^, ТІгВазСагСизОю+з [15-17], а також і в УВа^С^О?^ [18], існує джозефсонівськнй зв’язок між надпровідними площинами. Було зроблено висновок, що в багатьох аспектах ВТНП можна розглядати як багатошарові структури типу (БШ),, або (БІБ),,. Тому природньо було поставити питання про те, чи можна деякі властивості ВТНП змоделювати з допомогою штучних багатошарових структур, виготовлених на основі низькотемпературних надпровідників (НТНП).

Така можливість забезпечила б експериментаторам кращий контроль параметрів зразків.

Для обох типів структур, як ВТНГІ, так і штучних багатошарових НТНП, можна очікувати властивостей, внутрішньо притаманних шаруватій структурі [14,19,20]. Тому вивчення НТНП-структур типу (БІБ),, становить самостійний науковий інтерес, а не тільки з точки зору моделювання найбільш анізотропних ВТНП з тунелюванням між шарами. На практиці, їх експериментальне дослідження стало здійсненним завдяки прогресу у виготовленні джозефсонівських багатобар’єрних структур на основі ЫЬ з високою однорідністю властивостей переходів поперек структури [АЗ-А5]. Ці роботи значною мірою стимулювали дослідження штучних джозефсонівських (8І8)„-структур в останні роки [21-24]. Ще однією причиною підвищення інтересу до багатобар’єрних структур були пропозиції по їх практичному застосуванню в кріогенній електроніці [25,26].

Як випливає з вищесказаного, вивчення ефекту Джозефсона в штучних шаруватих надпровідникових структур було актуальним на момент початку даної роботи, оскільки на той час (1990 р.) було опубліковано лише кілька теоретичних робіт на цю тему, а перші відомі нам опубліковані експериментальні роботи обмежувались лише спробами виготовлення вертикально ітегрованих структур типу (БІБ),, з гі>2 [27,28].

Особливістю перших багатобар’єрних структур на основі ніобію є те, що товщина надпровідних шарів, з яких вони складаються, хоча і менша, проте порівняна з лондонівською глибиною Аі, проникнення магнітного поля в надпровідник, а отже, взаємодія джозефсонівських переходів поперек шаруватої структури добре описується феноменологічною моделлю [20], що враховує індуктивний зв’язок між сусідніми надпровідними шарами. Перші експерименти та їх теоретична трактовка обмежувались моделлю індуктивного зв’язку між переходами [21-24,29].

Проте в природніх ВТНП-структурах товщина надпровідних шарів не тільки набагато менша лондонівської глибини, а й с того ж порядку, що і довжина когерентності Тому можна очікувати, що в таких сшьнозв’язаних джозефсонівських структурах взаємодія між переходами має якісно новий характер [30,31] в порівнянні з індуктивною [20], оскільки ми маємо справу з тунельними структурами, які належить описувати нелокальною електродинамікою [32]. На момент початку виконання дисертаційної роботи еспериментальні дослідження в даному напрямку практично не велись, що обумовлювало його особливу актуальність.

В цій частині наша робота перетнулась із областю, яку головна течія джозефсонівської науки (в даний час переважно зайнятої електродинамікою, а не фізикою твердого тіла) обминала, а саме, з фізикою

з

мезоскопічних систем, що в останні роки стала новим розділом фізики твердого тіла.

Дослідження мезоскопічних систем було започатковано в напівпровідникових структурах і значною мірою було обумовлено мініатюризацією елементів інтегральних схем. Мезоскопічні системи на основі надпровідників викликають особливий інтерес дослідників [33]. В комбінації з унікальним явищем макроскопічної квантової когерентності надпровідного стану, ці системи є модельними для експериментального вивчення фундаментальних питань квантової механіки, а з іншого, в майбутньому можуть послужити базою для створення квантових пристроїв нового покоління (наприклад, квантового комп’ютера [34]).

Типові мезоскопічні системи, що вивчались дотепер, включали субмікронного розміру джозефсонівські переходи з малою ємністю, тонкоплівкові звуження із нормального металу, або тонкий шар поверхні напівпровідника, імплантованого йонами для отримання так званого двохвимірного електронного газу. Проте тунельні переходи типу SINIS (SISTS), де S, І, N - надпровідник, ізолятор та нормальний метал, з точки зору мезоскопічних властивостей до початку наших досліджень практично не вивчались, що і було однією з причин актуальності даної роботи.

З практичної точки зору, розробка квантового комп’ютера є справою більш віддаленого майбутнього, ніж побудова “класичного” надшвидкодіючого надпровідникового комп’ютера на основі так званої RSFQ (Rapid Single-Flux Quantum) -електроніки [35]. RSFQ-електроніка ставить певні вимоги щодо характеристик джозефсонівських переходів, як своїх базових елементів. Виявляється, що, враховуючи ці вимоги, переходи типу SINIS є дуже перспективними кандидатами для елементів RSFQ-схем

[36]. Це також обумовлювало актуальність теми дисертації.

Нарешті, в процесі роботи із багатобар’єрними тунельними переходами, зокрема, на основі різних надпровідників, виникали актуальні питання, які хоч прямо і не пов’язані з вищезгаданими, проте важливі як з точки зору повноти наших знань про ці твердотільні системи, так і для врахуваня при розробці конкретних пристроїв надпровідникової електроніки. Це, наприклад, вплив нерівноважних процесів, самонагрівання переходів, вплив релаксаційних коливань. Такі питання також розглянуто в дисертації.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Вибраний напрямок досліджень безпосередньо пов’язаний з планами наукових досліджень відділу надпровідникової електроніки Інституту металофізики НАНУ, зокрема, з темою ’’Тунельні явища в багатошарових структурах на базі високотемпературних і низькотемпературних надпровідників”, що виконувалась в 1991-1996 роках, та нинішньою темою:

"Вивчення закономірностей формування тонкоплівкових багатошарових надпровідникових структур кріоелектроніки та дослідження нерівноважних і нестаціонарних електрофізичних явищ в них”.

Мета і задачі дослідження. Виходячи з вищесказаного, метою даної роботи було: створити багатобар’єрні надпровідникові тунельні структури типу (ЗІБ),,; виявити можливі ефекти просторової кореляції фаз та синхронізації джозефсонівських переходів в багатобар’єрних пристроях; вияснити вплив нерівноважних та теплових ефектів на характеристики багатобар’єрних пристроїв; вияснити можливість реалізації в багатобар’єрних пристроях, окрім індуктивного, інших механізмів зв’язку між переходами, у випадку, коли товщина надпровідних шарів порівняна з довжиною когерентності; на базі проведених досліджень з’ясувати перспективність двохбар’єрних джозефсонівських переходів як елементів кріоелектроніки; з’ясувати специфіку несиметричних переходів як потенційних елементів багатобар’єрних пристроїв.

Для досягнення поставленої мети потрібно вирішити ряд технічних та наукових задач: вдосконалити методику створення багатобар’єрних

надпровідникових тунельних структур для отримання високої однорідності характеристик переходів поперек шарів структури; розробити методику створення трьохвивідних пристроїв на основі двохбар’єрних структур; підібрати або розробити необхідні методики дослідження пристроїв у відповідності з поставленою метою; провести відповідні (часто досить складні) експерименти, обробити дані експериментів та інтерпретувати отримані результати.

Наукова новизна представлених в дисертації результатів визначається тим, що більшість з них одержана вперше. До таких належать:

- отримано високоякісні багатобар’єрні тунельні переходи на основі ніобію з числом бар’єрів порядку 10 та виявлено ефект захоплення критичних струмів в них;

- вивчено стаціонарний ефект Джозефсона в двохбар’єрних переходах з тонким середнім надпровідним шаром, включаючи трьохвивідні джозефсонівські пристрої, зокрема, виявлено, що трьохвивідний пристрій, як ціле, здатний підримувати більший надпровідний струм, ніж може пропускати окремо кожен з переходів, які його складають;

- на основі вищезазначених властивостей, було запропоновано джозефсонівський трьохвивідний перемикаючий пристрій, в якому величина джозефсоніського струму через весь пристрій контролюється струмом через окремий перхід. Пристрій показав експериментально коефіцієнт підсилення по струму, більший одиниці;

- для сильнозв’язаних. двохбар’єрних переходів з тонким середнім електродом, виявлено відхилення польової залежності висоти східців

нульового поля, обумовлених когерентною модою, від теоретичної; вперше проведено експериментальне дослідження резонансних мод в несиметричних З'ШБ-переходах переходах та виявлено можливість утворення сповільнених електромагнітних хвиль в них;

- виявлено синхронізацію двох переходів в двохбар’єрному пристрої в нестаціонарному стані;

- виявлено дробні східці Шапіро в подвійних тунельних переходах;

- проведено порівняльне вивчення нерівноважної стимуляції енергетичної щілини алюмінію, АГ, в переходах НЬ/А1-АЮх-А1-АІОх-КЬ та МЬ/А!/КЬ/АІ-АЮх-АІЧАІОх-АІ/ХЬ/АІ/1\'Ь. Виявлено нові щільові особливості на вольт-амперних характеристиках (ВАХ) переходів першого типу та швидше зростання енергетичної щілини АГ при зниженні температури для пристроїв другого типу;

- виявлено, що квазічастинна ВАХ багатобар’єрного переходу може відрізнятись від суми ВАХ окремих переходів;

- виявлено аномально високий постійний струм Джозефсона в подвійних тунельних переходах з тонким середнім електродом та високою прозорістю тунельних бар’єрів, що обумовлений когерентним тунелюванням через два бар’єри;

- виявлено нову субщільову структуру в провідності двохбар’єрних тунельних переходів типу БШІБ з тонким (порядку довжини когерентності) шаром К-металу, що обумовлена когерентними тунельними процесами при ненульовій напрузі;

- виявлено, що когерентний електроперенос при ненульовій напрузі може підтримуватись не тільки в БІМБ перехедах, а і в переходах з більшим числом бар’єрів (ЗІМІМІМБ);

- встановлено природу аномальної особливості несиметричних переходів типу Б'ІБ в інтервалі напруг між різницею та сумою енергетичних щілин, що виникає при вимірюванні в режимі джерела напруги і обумовлена появою релаксаційних коливань в системі;

- проаналізовано можливість застосування такої несиметричної системи з релаксаційними коливаннями для побудови низькотемпературного прямого детектора частинок високої енергії.

Практичне значення одержаних результатів. Результатом виконаної роботи було стимулювання досліджень в галузі штучних багатошарових джозефсонівських структур та подвійних тунельних переходів. Що стосується подвійних тунельних переходів типу БІМІБ, то, в зв’язку із виявленням значної кількості нових ефектів, дана робота ставить питання про необхідність розвитку мікроскопічної теоріїї для цього типу джозефсонівських переходів. До теперішнього часу можна було зустріти

думку, що “твердотільна” частина теорії джозефсонівських переходів вже в основому завершена. З точки зору застосувань в кріогенній електроніці, відкриваються можливості покращення характеристик джозефсонівських переходів, як елементів новітніх цифрових схем, та створення принципово нових, трьохвивідних джозефсонівських пристроїв. Запропоновано також новий вид низькотемперетурного прямого детектора з використанням релаксаційних коливань.

Особистий внесок здобувана в отримані результати полягав у постановці наукових задач, виготовленні необхідних зразків, проведенні експериментів, обробці отриманих результатів (шляхом аналізу та проведення необхідних розрахунків) та їх інтерпретації. Це стосується всіх результатів, описаних в дисертації, крім означених нижче.

В дисертації використані наступні результати, що отримані співавторами або спільно із співавторами спільних публікацій (див. список публікацій за темою дисертації):

- результати чисельного моделювання залежності східців нульового поля в магнітному полі, виконаного Е. Голдобіним (розділ 2, рис. 2.10), та виведену М. Ю. Купріяновим формулу (2.23а). Експеримети та розрахунки, описані у відповідній спільній публікації [А21], проводились спільно з Е. Голдобіним та А. В. Установим; також спільно з А. В. Устиновим та Е. Голдобіним проводились експерименти, описані в роботі [А 18];

- експериментальні дані по ВЧ-опроміненню (представлені рис. 3.23.5 в розділі 3 і опубліковані в роботах [А6,А26,А27]) отримані Л. П. Стрижком;

- експерименти з застосуванням низькотемпературної скануючої електронної мікроскопії [А 12] проводились спільно з Т. йосіегег та А. ЬаиЬ;

- теоретичні розрахунки конфігурації андріївських рівнів в БІМІБ структурах [А22,А24] виконані С. Є. Шафранюком (див. підрозділ 5.3); ним же отримана також теоретична крива на рис. 5.19.

Апробація результатів дисертації. Результати - досліджень було оприлюднено на 22 міжнародних конференціях, симпозіумах та семінарах:

14-й Міжнародній конференції з кріогенної техніки та кріогенних матеріалів ІСЕС-ІСМС (8-12 червня 1992 р., Київ); Міжнародних конференціях з прикладної надпровідності - А$С’92 (23-28 серпня 1992 р., Чікаго, Іллінойс, США) та А8С’94 (16-21 жовтня 1994 р., Бостон, Массачусетс, США); Міжнародних конференціях з фізики низьких температур - ЬТ-20 (4-11 серпня 1993 р., Юджин, Орегон, США), ЬТ-21 (8-14 серпня 1996 р., Прага, Чехія), та ЬТ-22 (4-11 серпня 1999 р., Еспоо-Хельсинки, Фінляндія); 4-7-й Міжнародних конференціях з надпровідникової електроніки - І8ЕС93 (11-14 серпня 1993 р., Боулдер, Колорадо, США), 15ЕС’95 (18-21 вересня 1995 р., Нагойя, Японія), ]БЕС'97

(25-28 червня 1997 p., Берлін, Німеччина), ISEC’99 (21-25 червня 1999 p., Берклі, Каліфорнія, США); 8-й Міжнародній конференції з інфрачервоних та міліметрових хвиль (6-10 вересня 1993 p., Колчестер, Великобританія); Симпозіумі зі слабкої надпровідності WSS’94 (6-10 червня 1994 p., Смоленіце, Словаччина); Міжнародному симпозіумі з оптоелектроніки та мікрохвильової техніки OE/LaSE'94 (22-28 січня 1994 p., Jloc Анжелес, Каліфорнія, США); VIII Трьохсторонньому німецько-російсько-українському семінарі з високотемпературної надпровідності (6-10 вересня 1995 p., Львів); 5-му Міжнародному семінарі з високотемпературних надпровідникових електронних пристроїв HTSED’97 (28-30 травня 1997 p., Мацуяма, Японія); Європейських конференціях із прикладної надпровідності - EUCAS’95 (3-6 липня 1995 p., Единбург, Великобританія), EUCAS’97 (30 червня-3 липня 1997 p., Ейндховен, Голландія), EUCAS’99 (14-17 вересня 1999 p., Сітгес, Іспанія); Зборах Американського фізичного товариства (Міннеаполіс, 20-24 березня 2000 p.); Міжнародному симпозіумі з оптичної науки, техніки та інструментів (43-і річні збори SPIE, 19-24 липня 1998 p., Сан Дієго, Каліфорнія, США); 14-му щорічному Міжнародному симпозіумі SPIE “AeroSense” (24-28 квітня 2000 p., Орландо, Каліфорнія, США); Міжнародній конференції “Електронний перенос в мезоскопічних системах” (12-15 серпня 1999 p., Гетеборг, Швеція).

Крім того, за темою дисертації були зроблені доповіді в Кембриджському університеті (Великобританія), Дослідному центрі м. Юліх (Німеччина), Університеті м. Твенте (Голландія), Інституті високих технологій м. Йена (Німеччина), Електротехнічній лабораторії м. Цукуба та в Університеті м. Сендаї (Японія), в університеті Northwestern (м. Еванстон, США).

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані в 31 друкованій праці.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація містить вступ, сім розділів, висновки та список цитованих джерел з 277 назв. Повний обсяг дисертації складає 338 сторінок, включаючи 116 рисунків та 1 таблицю (обсяг ілюстрацій, що повністю займають сторінку, складає 20 ст.).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі коротко охарактеризовано стан наукової проблеми, обгрунтовано актуальність вибору теми, сформульовано мету роботи, подано основні отримані результати.

В першому розділі розглянуто статичні властивості пристроїв, що складаються із вертикально інтегрованих джозефсонівських тунельних переходів МЬ/(АІ-АІОх-МЬ)„. Увага зосереджується на обговоренні ефекту “захоплення” критичних струмів джозефсонівських переходів, експериментально виявленого автором [АЗ] для пристроїв, в яких товщина внутрішніх надпровідних шарів (і<к - лондонівської глибини проникнення магнітного поля. Зокрема, було вперше досліджено трьохвивідні пристрої (рис. 1) для випадку п~1 та <і<<к, так що (і~^ - довжини когерентності надпровідного шару (що означає сильний зв’язок між джозефсонівськими переходами) [А7]. Було виявлено, що критичний струм Джозефсона всього пристрою може значно перевищувати критичний струм індивідуальних переходів, виміряних окремо (рис. 2); це справедливо як у випадку приблизної рівності іустин критичного струму для переходів, так і в випадку, коли вони відрізняються на десятки процентів. Розрахунки, проведені нами в моделі ідуктивного зв’язку між переходами, показують, що цей ефект може бути пояснений різними величинами джозефсонівської глибини проникнення, що працює в двох випадках: при пропусканні струму окремо через один із переходів, зародження джозефсонівського вихора на краю переходу відбувається на довжині порядку

Рис. 1. Схематичне зображення геометрії трьохвивідного пристрою !\:Ь/А1-А10Х-КЬ/АІ-АІ0Х-!ЧЬ. Показано два взаемоперпендикулярні напрямки прикладання магнітного поля в площині структури та можливі способи підведення струму: /№ - наскрізний струм через весь пристрій; А та /ь - струм зміщення верхнього та нижнього переходів, відповідно.

Рис. 2. Типові вольт-амперні характеристики трьохвивідних пристроїв ЫЬ/А1-ЛІОх-КЬ/АІ-АІОх-К’Ь з товщиною середнього шару КЬ/АІ 13 нм. Криві 1-3 записані при пропусканні струму поперек всіх шарів, через верхній та нижній переходи окремо, відповідно.

де -густина джозефсонівського струму (взята для простоти однаковою для обох переходів), <5Хі - товщина та лондонівська глибина для і-го надпровідного шару (малою товщиною ізолятора тут знехтувано). В той же час, при наскрізному пропусканні струму можна ввести ефективну джозефсонівську глибину, яку (при (12«\2, ^],з>^і,з) можна виразити наближеною формулою:

В нашій експериментальній конфігурації планарні розміри переходів були /,<2 що означає поведінку всього пристрою як

джозефсонівського переходу з зосередженими параметрами, а окремих

переходів пристрою - як джозефсонівських переходів з розподіленими параліетрами [37], і відповідно, майже рівномірний і сильно нерівномірний розподіл струму по площі в першому і в другому випадках. Зрозуміло, що такий пристрій може переносити більший надпровідний струм при наскрізному електричному зміщенні, ніж його окремі компоненти, що і спостерігається в експерименті. Така ситуація означає також сильну просторову кореляцію різниць фаз хвильових функцій конденсату між переходами пристрою, що було підтверджено як дослідженнями дифракційної картини залежності критичного струму Джозефсона від магнітного поля, /С(Я) [А7], так і прямими фазово-чутливими вимірюваннями з допомогою низькотемпературної скануючої електронної мікроскопії (НТСЕМ) [А12].

Зокрема, встановлено, що дифракційні картини ІС(Н) якісно відрізняються у випадках, коли пристрій вимірювався як одне ціле (рис. 3), та коли індивідуальні переходи вимірювались окремо (рис. 4); див. схему підведення струму на рис. 1. У другому випадку спостерігається роздвоєння головного максимуму (для поля Яц його добре видно і на бічних максимумах). Це означає відхилення залежності струм-фаза від закону /(ср)=/сзіпф, яке, очевидно, спричинене взаємодією вимірюваного переходу

3.0

2.5 < 2.0

1.5

1.0 0.5 0.0

Рис. 3. Типова залежність /е(Яі) для ідентичного зразка (див. рис. 2) при наскрізному пропусканні струму. Зачорнені символи відповідають перемиканню всього пристрою з надпровідного в резистивний стан, а відкриті символи - перемиканню одного з переходів в резистивний стан, коли інший вже знаходиться в резистивному стані.

Я (Ге)

-40 -30 -20 -10 0 10 20 ЗО 40

.

Л А

; \ л

:__і. ч*.

-З -2-10 1

Я(кА/м)

Я( Гс)

Рис. 4. Залежність 1С(ІІ±) для нижнього (•) та верхнього (а) переходів того ж пристрою (див. рис. 3), зміщених кожний окремо.

із сусіднім, що знаходиться в надпровідному стаціонарному стані. Така взаємодія двох джозефсонівських тунельних переходів в стаціонарному стані, сполучення яких, з електротехнічної точки зору, відповідає послідовному, виявлена вперше. Раніше подібний ефект спостерігався лише для джозефсонівських переходів з безпосередньою провідністю [38], розділених відстанню порядку с,, де взаємодія обумовлена безпосереднім впливом зміни хвильової функції в околі одного з переходів на критичний струм іншого [39].

На основі проведених досліджень було запропоновано новий джозефсонівський трьохвивідшш перемикаючий пристрій [А8], який виявив кофіцієнт підсилення по струму, більший одиниці.

В другому розділі наведено результати досліджень резонансних мод та динамічного стану в двохбар’єрних переходах довжиною /,=20, 40, 60 та 80 мкм.

Як відомо [40], при вертикальному суміщенні кількох переходів, за умови, що спільні для сусідніх переходів надпровідні шари тонші лондонівської глибини, в структурі виникають колективні електромагнітні моди, що характеризуються різними швидкостями Свіхарта, причому кількість мод рівна числу переходів. Для симетричного стека, що складається з двох переходів, маємо дві характерні швидкості с+ та с_ , що відповідають когерентній та симетричній моді і зв’язані зі швидкістю Свіхарта ізольованого переходу с0 співвідношенням:

ер

л/ї±5 ’

де 5 - параметр індуктивного зв’язку [20], який може набувати значення від 0 до -1 (індуктивний зв’язок тим сильніший, чим більше |5|).

Хоча когерентна мода, в принципі, має бути стійкішою симетричної, і отже, такою, що легше спостерігається в експерименті, навіть вона була мало вивченою на момент початку наших досліджень. Ми провели експериментальне дослідження с+ - моди на стеках І\:Ь/А1-АІОх-МЬ/АІ-АІОх-А1/ЫЬ, що складаються із сильнозв’язаних високоякісних тунельних переходів з майже ідентичними густинами критичного струму [А18,А21].

В умовах просторового резонансу всередині переходу між його краями, різні моди проявляються у вигляді сімейств майже вертикальних східців на вольт-амперній характеристиці (ВАХ). Якщо зовнішнє магнітне поле рівне нулю, але в переході захоплено один або кілька квантів магнітного потоку (Ф0=2,07-10'І:> Вб), то їх рух вздовж переходу і відбиття на краях приводить до резонансу і появи на ВАХ східців нульового поля (СНП, або 2Р8). В наших експериментах на двохбар’єрних переходах 1ЧЬ/А!-АІОх-МЬ/АІ-А10Х-АІ/!\'Ь з малою товщиною середнього шару №>/А1 чітко спостерігались СНП, що відповідають с+ - моді; вперше було досліджено їх поведінку в магнітному полі та проведено порівняння визначеного із експериментальних даних співвідношення величин с у та с_ з обчисленим за теорією [20]. Отримані значення с+ та с_ дозволили визначити також параметр ідуктивного зв’язку 5, який для наших переходів виявився близьким до одиниці: |51®0,95, що означає дуже сильний індуктивний зв’язок. Для переходів з меншою прозорістю тунельних бар’єрів (/с~420 А/см2), залежність СНП від магнітного поля якісно узгоджується з теоретичною, проте для переходів з більшою прозорістю (/с«1 кА/см2) була виявлена якісна відмінність (рис. 5). На цьому рисунку показані польові залежності. для критичного струму Джозефсона при У= 0, для першої та другої СНП (/с, І\ та І2, відповідно). Відхилення від теорії полягає, зокрема, в тому, що пік в залежності І\(Н) загострений поблизу Н= 0; більше того, на залежності 1і{Н) в цій же області знаходиться мінімум (в той час як в обох випадках повинен бути плавний максимум).

Таким чином, для сильнозв’язаних переходів виявлена поведінка, що відхиляється від передбачень теорії індуктивного зв’язку.

Нами були вперше досліджені резонансні моди в несиметричних переходах БІЗІБ' (ЫЬ/А1-АЮх-МЬ/А1-А10х-Та/Ь1Ь) [А16]. На підставі проведеного теоретичного аналізу та експериментів показано, що коли

критична температура електроду 8' значно менша ніж в 8, то в такій системі симетрична мода може мати швидкість с_ «с+ ~ с0, тобто бути значно сповільненою порівняно із швидкістю Свіхарта ізольованого переходу БІЗ.

Для подвійних переходів НЬ/ЛІ-АІ0Х-НЬ/Л1-Л10Х-НЬ в динамічному стані, що характеризується течією потоку, було виявлено, що в певних інтервалах струмів зміщення (поперек всього зразка) напруги на окремих переходах співпадають, причому тенденція до вирівнювання напруг приводить до появи негативних ділянок ВАХ. Такі стани стійкі і відтворювані. Використання в експерименті трьохвивідного пристрою дозволило прямо виміряти напруги на окремих переходах, на відміну від паралельно проведених експериментів [41,42] на стеках із двох переходів без контакту до середнього шару. Таким чином, наш експеримент [А28] був, імовірно, першим, в якому прямо спостерігалось явище синхронізації фаз двох переходів в двохбар’єрній системі.

В розділі 3 представлено результати експериментального дослідження [А6,А19,А26,А27] взаємодії багатобар’єрних систем із зовнішнім мікрохвильовим полем. Опромінювались зразки, що складаються

Рис. 5. Польові залежності максимального джозефсонівського струму при У= 0, /с (чорні кружки), максимального струму І\ для СНП1 (відкриті кружки), та максимального 1% для СНП2 (трикутники). Розміри двохвивідного пристрою в плані складали 40 мкм х12 мкм.

із двох, трьох та шести переходів. Головним результатом було спостереження дробних східців Шапіро на двохбар’єрних пристроях (рис. 6). Не дивлячись на те, що в тунельних переходах, внаслідок нелінійності квазічастинної провідності, дробні східці повинні виникати навіть при нульовій ємності переходу [43], наскільки нам відомо, до цих пір в літературі не повідомлялось про спостереження дробних східців Шапіро на високоякісних тунельних переходах. Причиною цього може бути те, що амплітуда цих східців мала, і внаслідок розмивання шумами та кінцевою температурою їх звичайно не вдається спостерігати. Хоча це розмиття помітно і на рис. б, проте амплітуда дробних східців у нашому випадку виявилась досить значною для їх чіткого спостереження. Крім того, спостерігались також дробні східці більш високого порядку (3/4). Тому можна припускати, що в нашому випадку, крім згаданої нелінійності, існують інші причини для появи субгармонічних східців. Як випливає з результатів розділу 1, такою причиною може бути наявність прямого джозефсонівського зв’язку між зовнішніми надпровідниковими електродами двохбар’єрного пристрою. В роботі [44] було показано, що в простому випадку, коли джозефсонівський струм через двохбар’єрний пристрій описується співвідношенням

/==/озіпф+71ззіп2ф, '

східці будуть з’являтися при напругах Р-яі/^ФоУ, де п - ціле число .

К(шУ)

Рис. 6. Початкова ділянка В АХ пристрою НЬ/АІ-АІОх-НЬ/А1-АЮх-КЬ зі східцем при напрузі У^і2Ф^ (у = 93 ГГц); Т=4,2 К.

Основну частину четвертого розділу присвячено обговоренню нерівноважних ефектів в двохбар’ерних переходах із внутрішнім тонким Шефом А1. Дослідження проводились на двохвивідних зразках з площею 10x10 мкм2. Нами було проведене дослідження [А 15] видимого на В АХ збільшенім надпровідої щілини Дду в пристроях МЬ/А1-АЮХ-АГ-А10Х-А1/МЬ та ІЧЬ/АІЛчтЬ/АІ-А!0Х-АІ'-А10Х-АІ/74'Ь/АІ/КЬ, яке пов’язується із модифікацією нерівноважного розподілу квазічастинок при їх тунельній екстракції із середнього шару [45]. Властивості пристроїв першого типу загалом були дуже схожими на описані в роботі [45], проте, крім особливості при напрузі К=2(Аць-Алі'Уй, про яку вже повідомлялось [45], нами була виявлена нова особливість при Г=2Д>д/е. Вона може бути пов’язана з тим, що, хоча існує пік в електронній щільності станів АГ поблизу АдгС/’->0), але є також скінченна щільність станів при енергії Е~0, що робить можливим процес тунелювання між АГ та зовнішніми електродами при напрузі У-А^/е (тут У-У/2 є падіння напруги на одному тунельному переході із стека). Для пристроїв другого типу (виготовлених однаково з пристроями першого типу, за винятком зовнішніх електродів), було виявлено нові особливості: негативний диференційний опір східця струму при напрузі, що відповдає сумі щілин, при низьких температурах (див. рис. 7), відсутність особливості, обумовленою різницею щілин, при 7=4,2 К, проте більше значення щілини АІ при низьких температурах порівняно із зразками першого типу (рис. 8). Отже, виявлено, що модифікація структури зовнішніх електродів двохбар’єрного пристрою може сильно змінити його характеристики (що важливо, наприклад, для таких застосувань як БІБ-змішувачі) і впливає на нерівноважні властивості середньої плівки А1 досить нетривіально: при зменшеній щілині в зовнішніх електродах стимуляція надпровідності в ній при низькій температурі може навіть посилюватись. Ці експерименти вказують на необхідність глибшого теоретичного вивчення нерівноважних властивостей структур даного типу.

Також подано результати експериментів по опроміненню подвійного тунельного переходу-детектора Бп-І-Зп-І-РЬ фононами з переходу-генератора РЬ-І-РЬ, які були складовими вертикально-інтегрованого пристрою РЬ-І-РЬ-1-Зп-І-Бп-І-РЬ, проте могли електрично зміщуватись незалежно один від одного. Під впливом фононного опромінення, на ВАХ детектора з’являлись щільові особливості від окремих переходів 5п-І-8п та 5п-І-РЬ, що складали детектор, в такій комбінації, яка не може з’явитись при простому послідовному сполученні цих переходів. Тому було зроблено висновок, що складну багатобар’єрну структуру з надпровідними шарами товщиною порядку довжини вільного пробігу не можна розглядати як просте послідовне сполучення окремих переходів.

Рис. 7. ВАХ подвійного переходу №>/АІ/МЬ/АІ-АЮх-А1'-А10х-АШЬ/АІ/ИЬ при температурах 4,2 К, 3,8 К, 3,4 К, 3,0 К та 2,6 К (відповідно криві 1-5). Стрілки зліва направо позначають напруги 2(Д^ь-Д.лі'Уе та 2(Дмь+Даг)/є, відповідно.

Т( К)

Рис. 8. Температурна залежність енергетичної щілини в АГ для пристроїв ^'Ь/А1-АЮХ-АГ-АЮХ-А1/.МЬ (°) та МЬ/АІ/і\Ь/А1-А10х-АГ-А10х-А1/ЫЬ/А1/КЬ (♦); ДА1' визначалась із положення особливостей на ВАХ при напругах 2(Дкь-ДагУ‘? та 2(Л№,+Даі')/є (див., напр., рис. 7). Для ясності рисунка, наведена тільки максимальна похибка вимірювання.

Розділ 5 присвячено вивченню когерентного електропереносу в двохбар’єрних тунельних системах.

На даний час вже досить усталеною є думка, що андріївські зв’язані стани (АЗС) відповідальні за перенесення надпровідного струму через SNS-структуру [46,47]. Проте донедавна вважалось, що андріївське відбивання не є важливим в конфігураціях, що містять SIN (NIS) границі з ізолятором І.

Більше того, навіть для пристроїв SINIS-типу з відносно високою прозорістю тунельних бар’єрів вважалось, що ефекти квантової когерентності важливі лише при дуже малих напругах, в той час як при скінченних напругах енергія руйнує фазову когерентність, так що транспорт може розглядатись як двохстуиінчате некогерентне туиелювання [48].

В дисертаційній роботі вперше показано, що структури SINIS (SIS'IS) з домінуючим тунельним механізмом провідності та діелектричними бар’єрами також можуть проявляти мезоскопічні властивості, в тому смислі, що при електропереносі через подвійний бар’єр фаза надпровідних електронів зберігається на відстані, більшій, ніж товщина бар’єрного шару INI (ISI'). Таке когерентне тунелювання проявляється в ряді особливостей, що спостерігались на характеристиках переходів в експерименті.

Зокрема, було проведено порівняльне дослідження характеристик двохвивідних пристроїв Nb/Al-A10x-Nb/Al-A10x-Nb та Nb/A 1-А 10x-Nb/Al-AIOx-Ta/Nb, виготовлених в одному вакуумному циклі [А17,А22]. Пристрої мали форму квадратів в плані з розміром 9x9 цм2 та майже однакову для обох переходів прозорість тунельних бар’єрів. Товщина середнього шару Nb/Al була 9 нм, товщина плівки Та - 40 нм. Призначення плівки Та в пристроях другого типу було запобігти можливому протіканню компоненти надпровідного струму, пов’язаної із встановленням фазової когереитносі безпосередньо між крайніми Nb електродами. В разі, якщо така компонента незначна, ми не повинні спостерігати різниці в величині критичного струму для пристрою Nb/Al-A10x-Nb/Al-Al0x-Nb та для нижнього переходу Nb/Al-A10x-Nb/Al пристрою Nb/Al-A10x-Nb/Al-A10x-Ta/Nb. Проте експеримент показав, що така різниця існує; в першому випадку величина критичного струму Джозефсона на 20% більша, ніж в другому (див. рис. 9). Тому можна зробити висновок про наявність в системі Nb/Al-A!Ox-Nb/Al-AIOx-Nb компонети джозефсонівського струму, обумовленої кореляцією фаз між зовнішніми надпровідними електродами (що узгоджується з висновками розділу 1).

Аналогічнй висновок був зроблений нами і для пристроїв Nb/Al-AIOx-Al-AIOx-Nb з товщиною середнього шару А1 d/^-І нм, які проявили аномально високе значення /с при низьких температурах (див. рис. 10). Безпосередній аналіз із застосуванням формули Амбегаокара-Баратова для

Рис. 9. ВАХ послідовних масивів, кожний із семи двохбар’єрних пристроїв, НЬ/А1-А10Х-ША1-АЮХ-МЬ (крива 1) та №/АІ-АЮх-КЬ/Л1-АЮх-Та/№ (крива 2). •

. V (мВ)

Рис. 10. ВАХ переходу МЬ/А1-АІОх-А1-АЮх-1ЧЬ з нм при 7=4,2 (а) та 1,80 К (6). Площа переходу 10 мкм х 10 мкм.

критичного струму та врахуванням параметрів конкретних переходів показав [А23], що при 7=1,8 К експерименальне значення /с=2,38 мА значно перевищує теоретично можливе значення 4=1,70 мА, якщо розглядати пристрій як просте послідовне сполучення переходів МЬ/А1-АІОх-АІ та А1-А10Х-ЫЬ.

На рис. 10 звертає на себе увагу також нова субщільова структура ВАХ (позначена стрілками 1 і 2), яка спостерігалась при низьких температурах. Форма цієї структури виявилась дуже чутливою до параметрів переходів, таких як прозорість бар’єрів, товщина та чистота середньої плівки А1.

На вставці ряс. 11 показано початкову ділянку ВАХ схожого пристрою з с/ді=14 нм; як і в попередньому випадку, плівка Аі була злегка забруднена киснем під час її нанесення. Для цього пристрою, струм Джозефсона навіть при низькій температурі (Т = 1,8 К) настільки малий, що не розділяється застосованою при вимірюванні апаратурою. Проте при напрузі У~1,25 мВ (що близько до щільової напруги ніобію, V-Аму%), на ВАХ з’являється структура, що за формою близька до східця струму. Висота

Рис. 11. Початкова ділянка ВАХ пристрою НЬ/АІ-АЮХ-АІ-АЮХ-КЬ з товщиною середнього електроду і/д] =14 нм, при 7=1,82 К та //=0, 60 Гс, та 100 Гс (суцільна, штрихова, та пунктирна лінії, відповідно). На вставці -залежність висоти східця від магнітного поля для двох ідентичних пристроїв (зачорнені та відкриті кружки).

і форма східчатої структури дуже чутлива до магнітного поля, прикладеного в площині переходів, так що в полі 100 Гс вона зникає (пунктирна лінія на рис. 11). На вставці рис. 11 подано залежність висоти східця від величини магнітного поля для двох ідентичних пристроїв. Висота східця визначалась як струм при К«1,25 мВ (ця напруга відмічена стрілкою на рис. 11) по відношенню до фонового струму при цій напрузі, що залишається в полі 100 Гс. Можна помітити, що ця залежність має мінімум при Н= 0 і проявляє ознаки періодичності в магнітному полі. Висока чутливість до магнітного поля є переконливим свідченням того, що ефект пов’язаний з когерентним електронним транспортом через пристрій. Зауважимо, що величина когерентного струму при скінченній напрузі (рівна висоті східця) набагато більша струму Джозефсона при У=0. Наскільки нам відомо, такий ефект на джозефсонівських переходах спостерігається вперше.

Поява когерентного струму при скінченній напрузі пояснюється наявністю в 8ІМБ (де N - нормальний метал або надпровідник із меншою енергетичною щілиною, ніж в в) переході зонної структури, обумовленої виникненням андріївських зв’язаних станів (АЗС) [48,49,А22]. Оскільки енергетична щілина в середньому алюмінієвому електроді значно менша (або взагалі відсутня) в порівнянні з зовнішніми ніобієвими електродами, для квазічастинок в ньому виникає потенціальна яма. На стінках цієї ями електронні збудження терплять андріївське відбиття, так що вони можуть відбиватися як дірки, і навпаки. В результаті, внаслідок інтерференції квазіелектронів та дірок, можуть виникати АЗС з енергіями £„(ф)~Амь-Оскільки частина імпульсу квазіелектрона ре передається утвореній при андріївському відбитті куперівській парі, то імпульс відбитої квазідірки рі, зменшується, РігРе'Рї, де р^-пЛ/Уу-Ь/с, (тут Ур -швидкість Фермі, с, -довжина когерентності). Це призводить до фазового зсуву <5ф ~ /Ь між хвильовими функціями налітаючого електрона та відбитої дірки (тут товщину середнього шару ЗШІБ-переходу позначено с/н)‘ 3 когерентними процесами андріївського відбиття можна пов’язати довжину хвилі Хц-Ік/рц. Оскільки р%«рр - імпульсу Фермі, то Х5 набагато більша, ніж довжина хвилі нормальних електронів А.ц~2я/р^, що забезпечує можливість фазової когерентності між Б-електродами при малій товщині М-плівок с/н~Ч-

Слід відзначити, що причина виникнення східчатої структури, зображеної на рис. 10 (крива а), інша, ніж показаної на рис. 11. Нами було показано [А23,А24], що східці 1,2 на рис. 10 відповідають щільовим особливостям, зумовленим нерівноважними ефектами, розглянутими в розділі 4; проте ці особливості в даному випадку спостерігаються при напрузі, вдвоє меншій звичайної [45,А15]. Причиною цього може бути відомий із області напівпровідникових надграток ефект утворення

електричних доменів [50], коли прикладена до багатобар’єрної системи напруга не діляться порівну між всіма бар’єрами, а повністю падає на одному або кількох з них.

В розділі 6 розглянуто деякі аспекти виготовлення та характеристики структур з числом бар’єрів гі>2. Зокрема, встановлено, що для використаної техніки виготовлення, якість багатобар’єрних структур не погіршується по висоті структури принаймні при кількості періодів порядку десяти [АЗ,А4]. Проте в пристроях на основі таких багатобар’єрних структур, при електричному зміщенні до величини напруги, що відповідає сумі щілин, може виникати перегрів та самоінжекція нерівноважних квазічасток внаслідок утрудненої дифузії квазічастинок із внутрішніх шарів [А9].

Нами було також вперше досліджено пристрої типу БІМЇЇ^ШІЗ (8=КЬ, ^АІ) [А25]. Було виявлено нову зонну структуру в провідності, яка майже періодична по енергії і існує до енергій, що в кілька разів перевищують значеній енергетичної щілини ніобію (рис. 12). Форма та положення особливостей зонної структури чутливі до слабкого (порядку 100 Гс) магнітного поля. Зонна структура пояснена як прояв інтерференції квазічастинок на множинному шарі ШШІМ; вона є свідченням того, іцо когерентні ефекти між Б - електродами можуть зберігаються навіть при наявності множинного бар’єру ГМІМ.ЛМІ і проявлятись при енергіях, що значно перевищують суму щілин Б - електродів.

V (мВ)

Рис. 12. Похідна с1//сіК як функція V для 4-бар’єрного переходу МЬ/А1-АІОх-А1 - А Юх - АІ - А10,-А1-А1 Ох-А 1/НЬ при Т= 1,8 К (отримана чисельним диференціюванням ВАХ при розгортці струму від 0 до максимального значення). Товщина плівок алюмінію й?аі=7,5 нм.

Розділ 7 присвячено вивченню особливостей несиметричних переходів типу ЗіІБг, що спостерігаються на ВАХ в режимі джерела напруги. Як відомо, вольт-амперні характеристики таких тунельних переходів мають гострий пік при напругах У^ =(Д|-Л2)/е, обумовлений тунелюванням термічно збуджених квазічастинок. Внаслідок наявності від’ємного диференційного опору на спадаючому схилі цього піку при напругах У>Уі, при запису ВАХ таких структур в режимі "джерела струму" спостерігається гістерезис в інтервалі напруг Уі<У<У$, К5=(Ді+Д2)/е. При запису ВАХ в режимі "джерела напруги", форма ВАХ у вказаному інтервалі напруг часто відрізняється від теоретичної, а саме, на спадаючому схилі піку при У=У(і з’являється додаткова особливість [51] у вигляді майже горизонтального плато (див. рис. 13, жирна суцільна лінія). В опублікованих роботах були неоднозначні висновки про природу цієї особливості, що вимагало проведення спеціальних досліджень. Такі дослідження були проведені нами на переходах Бп-І-РЬ [А13.А20]. Було встановлено, що права границя спадаючої ділянки визначається напругою, при якій відбувається зворотний стрибок на ВАХ при наявності гістерезису (в режимі заданого струму). Ця напруга не має строго фіксованого значення для зразків

И(мВ)

Рис. 13. Субщільова область переходу Бп-І-РЬ при Т= 2,68 К, зміщеного в режимі “джерела напруги”. Жирна суцільна крива - експериментальна ВАХ. Штрих-пунктирна крива обчислена з використаням наближення лінійних ділянок з додатнім нахилом [тонкі суцільні, відрізки між точками (У\, /]), (К2, Іт) та (Уз, 11), (К), /2)], що прилягають до ділянок з від’ємним нахилом [52]. Штрихова лінія - ВАХ, обчислена за стандартною тунельною теорією.

одного і того ж типу з приблизно однаковою прозорістю тунельного бар’єру, на відміну від особливостей, що прямо визначаються спектром квазічастшших збуджень надпровідника (таких наприклад, як особливості при К(Р(Ді-ДгУе або при Г/5=(Ді +Л2)/<2)- Оскільки форма спадаючої ділянки сильно залежить від співвідношення між величиною опору навантаження для тунельного переходу і диференційного опору переходу на даній ділянці, то форма ВАХ, яка спостерігається в режимі “джерела напруги”, не відповідає реальній ВАХ спадаючої ділянки; остання, принаймні, лежить нижче прямої, ЩО проходить через вершину піку при К=(Дрь-Д5пУе і мінимум поблизу К=(ДрЬ+Дяп)/е- Форма спадаючої ділянки добре описується теорією релаксаційних коливань [52] без підгоночних параметрів (див. штрих-пунктирну лінію на рис. 13). Тому ми дійшли висновку, що вказана особливість є результатом прояву релаксаційних коливань в системі з від’ємним диференційним опором, якою Є несиметричний перехід 8)152.

При дисипації в електродах переходу енергії зовнішнього сигналу, його ВАХ трохи змінюється, що приводить до зміни частоти релаксаційних коливань в вибраній робочій точці. Таким чином, дана система, в принципі, може служити досить чутливим прямим детектором, оскільки енергетичний спектр падаючого випромінювання може бути приведений у відповідність зміні частоти релаксаційних осцидяцій, а як відомо, частота є фізичною величиною, що може бути виміряна з найбільшою точністю. В роботі проаналізована можливість застосування переходу 8іІ8г в ролі прямого пропорційного детектора.

. ВИСНОВКИ

1. В двохбар’єрних пристроях типу БІБ'ІЗ з малою товщиною електроду 5' (набагато меншою лондонівської глибини проникнення магнітного поля) навіть в стаціонарному стані існує просторова кореляція фаз окремих переходів. В цьому випадку вся система як ціле може бути охарактеризована ефективною джозефсонівською глибиною проникнення яка може бути значно більшою, ніж кь що характеризує окремі переходи. Тому пристрій як ціле може підтримувати більш рівномірний розподіл струму по площі, ніж окремі переходи при їх незалежному електричному зміщенні. Це приводить до того, що двохбар’єрний пристрій може мати величину критичного струму, що значно перевищує величину критичного струму кожного з переходів, що складають пристрій, взятого окремо.

2. Двохбар’єрна сильнозв’язана джозефсонівська тунельна система 818'18 (з товщиною середнього 8'-шару порядку довжини когерентності в Б) при достатньо високій прозорості тунельних бар’єрів проявляє аномальну

залежність висоти східців нульового поля, обумовлених когерентною модою, від постійного магнітного поля, та дробні східці Шапіро під дією високочастотного електромагнітного поля. Ці властивості, разом із виявленим ефектом роздвоєння періоду дифракційної картини для індивідуальних переходів двохбар’єрної системи, підтримують припущення про наявність в ній відхилення від джозефсонівського співвідношення /=/csintp.

3. Подвійні переходи SINIS (де N - нормальний метал або надпровідник із меншою, ніж в S, енергетичною щілиною) з товщиною середнього шару N порядку довжини когерентності в S електродах, можуть підтримувати аномально високий критичний струм Джозефсона. Величина його перевищує максимально можливий критичний струм окремо взятих переходів SIN та NIS, якщо вважати їх послідовно сполученими, а взаємодію N та S електродів розглядати в рамках тунельної моделі ефекту близькості. Виявлений ефект свідчить про наявність когерентного тунелювання через обидва тунельні бар’єри при нульовій напрузі і може бути поясненим в термінах андріївських зв'язаних станів, що утворюються в системі.

4. На ВАХ подвійних тунельних переходів Nb/Al-A!0x-Al-A10x-(Al/)Nb виявлено дуже чутливу до слабкого магнітного поля нову субщільову східчату структуру, максимальний струм якої може значно перевищувати постійний струм Джозефсона прй нульовій напрузі. Наявність такої субщільової структури є доводом наявності когерентного тунелювання через два тунельні бар’єри при скінченній напрузі. Особливість може бути пояснена виникненням в системі когерентного каналу тунелювання через андріївські зв’язані стани.

5. Виявлено зонну структуру в провідності пристроїв типу SINININIS (де S - ніобій, N - алюміній), яка майже періодична по енергії і існує до енергій, що в кілька разів перевищують значення енергетичної щілини ніобію. Форма та положення особливостей зонної структури чутливі до слабкого (порядку 100 Гс) магнітного поля і тому вона є результатом когерентного електропереносу через множинний бар’єрний шар INININI.

6. Форма спадаючої ділянки ВАХ при (Apb-ASn)/e<F<(Apb+As„)/e

тунельних переходів Sn-1-Pb, яка при вимірюваннях в режимі “джерела напруги” не описується стандартною теорією тунелювання в надпровідниках, обумовлена наявністю релаксаційних між двома квазічастиннйми гілками ВАХ. •

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА

[1] Ginzburg V. L, On surface superconductivity. // Phys. Lett. - 1964. - Vol. 13. -No. 2. - P.101-102.

[2] Little W. Possibility of synthesizing an organic superconductor // Phys. Rev. A. - 1964. - Vol. 134. - No. 6. - P. 1416-1424.

[3] Cohen М. H., Douglass D. H., Jr. Superconductive pairing across electron barriers // Phys. Rev. Lett. - 1967. - Vol. 19. - No. 3. - P. 118-121.

[4] Strongin M, Kammerer O. F., Douglass D. H., Jr., and Cohen М. H. Effect of dielectric and high-resistivity barriers on the superconducting transition temperature of thin films // Phys. Rev. Lett. - 1967. - Vol. 19. - No. 3. - P. 121125.

[5] Brodsky М. B., Marikar P., Friddle R. J., Singer L., and Sowers С. H. Superconductivity in Au/Cr/Au epitaxial metal film sandwiches (EMFS) // Solid State Commun. - 1982. - Vol. 42. - No. 9. - P. 675-678.

[6] Burns M. J., Lince J. R., Williams R. S. and Chaikin P. M. Electron localization and superconductivity in very thin epitaxially grown Ag films on Ge (001) // Solid State Commun. - 1984. - Vol. 51. - No. 11. - P. 865-869.

[7] Akihama R., Okamoto Y. Superconductivity in Au (10A)/Ge (13 A) alternating ultra-thin layered films // Solid State Commun. - 1985. - Vol. 53. -No. 8. - P. 655-659.

[8] Gamble F. R., DiSalvo F. J., Klemm R. A., and Geballe Т. H. Superconductivity in layered structure organometalic crystals // Science. -1970,-Vol. 168.-P. 568-570.

[9] Булаевский Jl. H. Сверхпроводимость и электронные свойства слоистых соединений // УФН. - 1975. - Т. 116. - № 7. -С. 449-483.

[10] Bechgaard К., Jacobsen С. S., Mortensen К., Pedersen J. Н., and Thorup N. The properties of five highly conducting salts: (TMTSF^X^PFg-, ASF6 , SbFg-, BF,i~, and NO3-, derived from tetramethyltetraselenafiilvalene (TMTSF) // Solid St. Commun. - 1980. - Vol. 33. - No. 11. - P.l 119-1125.

[11] Bulaevskii L. N. Organic layered superconductors // Adv. Phys. - 1988. -Vol. 37. - No. 4. - P. 443-470.

[12] Lawrence W. E., Doniach S. Theory of layer structure superconductors // Proc. of the 12* International Conference on Low Temperature Physics. -Kyoto: Academic Press of Japan.. -1971. - p. 361-364.

[13] Yang Q. S., Falco С. М., and Schuller I. K. Tunneling studies of a metallic superlattice // Phys. Rev. B. - 1983. - Vol. 27. - No. 6. - P. 3867-3870.

[14] van Gelder A. P. Energy gaps in the excitation spectrum of a superconductor //Phys. Rev. - 1969.-Vol. 181. - No. 2. - P.787-788.

[15] Kleiner, R., Steinmeyer, F., Kunkel, G., Mueller, P. Intrinsic Josephson effects in Bi2Sr2CaCu20g single crystals // Phys. Rev. Lett. - 1992. - V. 68. -No.15.-P. 2394-2397.

[16] Schlenga, K., Hechtfischer, G., Kleiner, R., Walkenhorst, W., Mueller, P., Johnson, H. L., Veth, M., Brodkorb, W., Steinbeiss, E. Subgap structures in intrinsic junctions of Tl2Ba2Ca2Cu3O|0+5 and Bi2Sr2CaCu20g+g // Phys. Rev. Lett. - 1992. - V. 76. -No.26. - P, 4943-4946.

[17] Kleiner, R., Mueller, P. Intrinsic Josephson effects in high-rc superconductors // Phys. Rev. B - 1994. - V. 49. - No.2. - P.1327-1341.

[18] Ling, D. C., Yong, Grace, Chen, J. T., Wenger, L. E. Experimental evidence for intra- and inter-unit-cell Josephson junctions in a YBa2Cu3C>7.5 single crystal // Phys. Rev. Lett. - 1995,- V. 75. - No. 10. - P. 2011-2014.

[19] Kivshar Yu. S., Soboleva T. K. Supersolitons in layered Josephson structures // Phys. Rev. - 1990. - Vol. B42. - No.4. - P. 2655-2658.

[20] Sakai S., Bodin P., Pedersen N. F. Fluxons in thin-film superconductor-insulator superlattices // J. Appl. Phys. - 1993. - Vol. 73. - No. 5. - P. 24112418.

[21] Ustinov A. V., Kohlstedt H., Cirillo M., Pedersen N. F., Hallmanns G., Heiden C. Coupled Fluxon modes in long Nb/A10x/Nb stacked Josephson junction // Phys. Rev. - 1993. - Vol. B 48. - No. 14. - P. 10614-10617,

[22] Sakai S., Ustinov A. V., Kohlstedt H., Petraglia A., Pedersen N. F. Theory and experiment on electromagnetic-wave-propogation velocities in stacked superconducting tunnel structures // Phys. Rev. - 1994. - Vol. B50. - No. 17. -P. 12905-12914,

[23] Monaco R., Polcari A., Capogna L. Investigation on the properties and the applications of vertically stacked Josephson. tunnel junctions // J. Appl. Phys. -

1995. - Vol. 78. - No. 5. - P. 3278-3286.

[24] Kleiner R. Two-dimensional resonant modes in stacked Josephson junctions // Phys. Rev. - 1994. - Vol. B50. - No. 10. - P. 6919-6922.

[25] Auvill P. R., Ketterson J. B. Propagation and generation of Josephson rediation in superconductor/insulator superlattices // J. Appl. Phys. - 1987. -Vol.61.-No.5.-P. 1957-1966.

[26] Rippert E. D., Song S. N., Ketterson J. B., Maglic S. R., Lomatch S., Thomas

C., Cheida M. A., Ulmer M. P. A multilayered approach to superconducting tunnel junction X-ray detectors // Proc. of an ESA Symposium on photon Detectors for Space Instrumentation. - Nordwijk, The Netherlands. - 1992. - P. 361-363. '

[27] Hedbabny H.-J., Rogalla H, Properties of stacked NbN tunnel junctions // IEEE Trans. Magn. - 1989. - Vol. MAG-25.-No.2. - P. 1131-1134.

[28] Blamire M. G., Somekh R. E., Morris G. W., Evetts J. E. Characteristics of

vertically-stacked planar tunnel junctions structures // IEEE Trans. MAG. -1989.-Vol. MAG-25.-No.2.-P. 1135-1138. '

[29] Pedersen N. F., Ustinov A. V. Fluxons in Josephson transmission lines: new developments // Supercond. Sci. Technol. - 1995. - Vol. 8. - No. 6. - P. 389401.

[30] Гогадзе Г. А., Косевич А. М. Квантовые состояния и квази-локальные состояния SINIS структур //ФНТ. - 1998. - Том 24. - №8. - С. 716-725.

[31] Гвоздиков В. М. Эффект Джозефсона в слоистых сверхпроводниках // ФНТ. - 1988. - Т. 14. - № 1. - С. 15-23.

[32] Kuplevakhsky S. V., Naduev А. V., Naydenov S. V. Current-carrying states in superconductor/insulator and superconductor/semiconductor superlattices in the mesoscopic regime // Superlattices and Microstructures. - 1999. - V. 25. -No. 5/6.-P. 819-828.

[33] Imry Y. Introduction to mesoscopic physics. - New York, Oxford: Oxford University Press, 1997. - 234 p.

[34] Feynman R. P. Feynman Lectures on Computation // Ed. A. J. G. Hey, R. W. Allen, Reading, Massachusetts: Addison-Wisley, 1996. -303 p.

[35] Likharev К. K., Semenov V. K. RSFQ logic/memory family: a new Josephson-junction technology for sub-teraherz-clock-frequency digital systems//IEEE Trans. Appl. Supercond. - 1991,-Vol. l.-No.l. - P. 3-28.

[36] Kupriyanov M. Yu., Brinkman A., Golubov A. A., Siegel М., Rogalla H. Double-barrier Josephson structures as the novel elements for superconducting large-scale integrated circuits // Physica C. - 1999. - Vol. 326-327. - P. 1645.

[37] Basavaiah S., Broom R. F. Characteristics of in-line Josephson tunneling gates // IEEE Trans. Magn. - 1975. - Vol. MAG-11. - No. 2. - P. 759-762.

[38] Jillie D. W., Lukens J. E., Kao Y. H., and Dolan G. J. Observation of voltage locking and other interactions in coupled microbridge Josephson junctions // Phys. Lett. - 1976. - Vol. 55 A.- No. 6. - P. 381-382.

[39] Коваленко, А. С. О взаимодействии последовательно соединенных джозефсоновских переходов, разделенных малой сверхпроводящей гранулой // Письма в ЖТФ. - 1976. - Т. 2. - Вып. 15. - С. 715-719.

[40] Ngai К. L. Interaction of ас Josephson currents with surface plasmons in thin superconducting films//Phys. Rev. - 1969. - V. 182 .-No. 2. - P. 555-568.

[41] Ustinov, A. V., Kohlstedt, H., Heiden, C. Possible phase locking of vertically stacked Josephson flux-flow oscillators // Appl. Phys. Lett. - 1994. - Vol. 65. -No.ll.-P. 1457-1459.

[42] Barbara P., Ustinov A., Costabile G. Experimental study of the interaction between fluxon arrays in stacked Josephson junctions // Phys. Lett. A. - 1994.

- Vol. 191. - Nos. 5,6. - P. 443-448.

[43] Лихарев К. К. Введение в динамику джозефсоновских переходов // М.: Наука, 1985. - 320 с.

[44] СагареИа, G., Costabile, G., De Luca, R., Pace, S., Polcari, A., Soriano, C. Josephson equations for the simplest superconducting multilayer system // Physica C. - 1996. - Vol. 259. - No. 3-4. - P. 349-355.

[45] Blamire M. G., Kirk E. C. G., Evetts J. E., and Klapwijk Т. M. Extreme critical-temperature enhancement of Al by tunneling in Nb/A10x/Al/A10x/Nb tunnel junctions // Phys. Rev. Lett. -1991. - Vol. 66. - No.2. - P. 220-223.

[46] Кулик И. О. К теории резонансних явлений при сверхпроводящем туннелировании//ЖТФ. г 1967. - Т. 37. - Вып. 1.-С. 157-165.

[47] Lambert С. J., Raimondi R. Phase-coherent transport in hybrid superconducting nanostructures // J. Phys.: Condens. Matter. - 1998. - Vol. 10. -No. 5.-P.901-941.

[48] Klapwijk Т. M. Mesoscopic superconductor-semiconductor heterostructures //Physica В - 1994. - Vol. 197.-Nos. 1-4. - P. 481-499.

[49] Андреев А. Ф. Электронный спектр промежуточного состояния сверхпроводников // ЖЭТФ. - 1965. - Т. 49. - В. 2. - С. 655-660.

[50] Кеау В. J., Allen S. J., Galan J., Kaminski J. P., Campman K. L., Gossard A. C., Bhattacharya U., Rodwell M. J. W. Photon-assisted electric field domains and multiphoton-assisted tunneling in semiconductor superlattices // Phys. Rev. Lett. - 1995,- Vol. 75. - No. 22. - P. 4098-4101.

[51] Shatemik V. E., Matjushkin A. E. Single-particle proximity effect between superconductors through a tunnel barrier II Physica B. - 1993. - Vol. 190. -Nos. 2-3.-P. 241-246.

[52] Албегова Й. X., Бородай Б. И., Янсон И. К., Дмитренко И. М. О форме /V характеристик сверхпроводящих туннельных переходов // ЖТФ. -1969. - Т. XXXIX. - Вып. 5. - С. 911-917.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

А1. Невирковец И. П. Вольт-амперные характеристики многослойных туннельных структур с большой прозрачностью туннельных барьеров // Письма в ЖЭТФ. - 1990.-Т. 51.-Вып. 1.-С. 50-53.

А2. Nevirkovets 1. P. Some features of I-V curves of vertically stacked tunnel junctions // Physica B. - 1992. - Vol. 176. - Nos. 1&2. - P. 148-150.

A3. Nevirkovets I. P., Kohlstedt H., Heiden C. Properties of multilayered Nb-based tunnel structures prepared with the whole-wafer process // Cryogenics. -1992. - Vol. 32. - Sup. - P. 583-586.

A4. Kohlstedt H., Hallmanns G., Nevirkovets I. P., Guggi D., Heiden C. Preparation and properties of Nb/Al-A10x/Nb multilayers // IEEE Trans. Appl.

Supercond. - 1993. - Vol. 3. - No. 1. - P. 2197-2201.

A5. Nevirkovets Г. P., Kohlstedt H., Hallmans G., Heiden C. Properties of multilayered Nb-based tunnel structures prepared with the whole-wafer process // Supercond. Sci. Technol.- 1993. - Vol. 6. - No. 2. - P. 146-149.

A6. Nevirkovets I. P., Strizhko L. P., Poladich A. V. Photon-assisted tunneling in stacked tunnel structures by millimeter wave irradiation // Physica B. - 1994. -Vol. 194-196. - Feb. II. - P. 2395-2396.

A7. Nevirkovets I. P., Blamire M. G., Evetts J. E. Transition from single junction to double junction behaviour in SISIS-type Nb-based devices // Phys. Lett A.

- 1994.-Vol. 187.-No. l.-P. 119-126.

A8. Nevirkovets I. P., Blamire M. G., Evetts J. E. Three-terminal Josephson device with direct bias-current controlled phase difference // IEEE Trans. Appl. Supercond. - 1995. - Vol. 5. - No. 2. - P. 3106 - 3108.

A9. Nevirkovets I. P. Fabrication and dc characteristics of vertically stacked SIS-type structures for use as low-temperature detectors // Supercond. Sci. Technol. - 1995. - Vol. 8. - No. 7. - P. 575-578.

A10. Невирковец И. П., Бламайер М. Г., Иветте Дж. Е. Наблюдение экстремального увеличения сверхпроводящих свойств среднего слоя Nb/Al в двухбарьерных туннельных структурах // ФНТ. - 1995. - Т. 21. -Вып. 12. - С. 1258 - 1260.

All. Nevirkovets I. P., Blamire M. G., Evetts J. E. Properties of strongly coupled stacked Josephson junctions // Inst. Phys. Conf. Ser. No. 148. - 1995. Vol. 2. -P. 1439 - 1442.

A12. Nevirkovets I. P., Doderer Т., Laub A., Blamire M. G., Evetts J. E. Investigation of DC Josephson current distribution in double-barrier three-terminal devices with a thin middle superconducting layer // J. Appl. Phys. -1996. - Vol. 80. - No. 4. - P. 2321-2326.

А13. Невирковец И. П., Поляков А. Н., Пилько Г. В., Рюмшин В. В. Особенности вольт-амперных характеристик асимметричных сверхпровдящих туннельных переходов, наблюдаемые при измерениях в режиме “источника напряжения” // ФНТ. - 1996. - Т. 22. - № 10. - С. 11221126.

АН. Nevirkovets I. P. Properties of superconducting Nb/Al/Nb/AI-AlOx-Al-AlOx-AI/Nb/Al/Nb tunnel junctions // Czechoslovak Journal of Physics. -

1996. - Vol. 46. - Sup. - Part 2. - P. 647-648.

A15. Nevirkovets I. P. Modification of current-voltage characteristics of doublebarrier tunnel junctions under influence of quasiparticle extraction // Phys. Rev. B. - 1997. - Vol. 56. - No. 2. - P. 832-837.

A16. Nevirkovets 1. P. Slow electromagnetic waves in asymmetric SIS1S' junctions // Physica C. - 1997. - Vol. 288. - No.3,4. - P. 167-172.

A17. Nevirkovets I. P., Evetts J. E., Blamire M. G., Barber Z. H., Goldobin E. Investigation of the coupling between the outer electrodes in the superconducting double-barrier devices // Physics Letters A. - 1997. - Vol. 232.-Nos. 3,4.-P.299-304.

A18. Nevirkovets I. P., Ustinov A. V., Goldobin E., Blamire M. G., Evetts J. E. Zero-field resonances in a double-barrier Josephson system with highly transmissive tunnel barriers // Inst. Phys. Conf. Ser. No 158. - 1997. - P. 547550. '

A19. Nevirkovets I. P. Coherent response of two nearly identical stacked Josephson junctions to mm wave irradiation // Appl. Supercond. - 1998. - Vol.

5.-Nos. 7-12. -P. 291-295.

A20. Nevirkovets I. P. Relaxation oscillations in asymmetric superconducting tunnel junctions and their possible application in sensitive elements of low temperature detectors // Supercond. Sci. Technol. - 1998. - Vol. 11. - No.8. - P. 711-715.

A21. Goldobin E., Kupriyanov M. Yu., Nevirkovets I. P., Ustinov A. V., Evetts J. E., Blamire M. G. Strong coupling effects in (Nb-Al-A10x)2-Nb stacked Josephson junctions // Phys. Rev. B. - 1998. - Vol. 58. - No. 22. - P. 1507815087. .

A22. Nevirkovets I. P., Shafranjuk S. E. Resonant Josephson tunneling in S-I-S'-I-S multilayered devices. Phys. Rev. B. - 1999. - Vol. 59. - No.2. - P. 13111317. .

A23. Nevirkovets I. P, Ketterson J. B., Lomatch S. Anomalous critical current in double-barrier Nb/Al-A10x-Al-A10x-Nb devices // Appl. Phys. Lett - 1999. -Vol. 74. - No. 11.-P. 1624-1626.

A24. Nevirkovets I. P., Ketterson J. B., Shafranjuk S. E., and Lomatch S. Possible manifestation of Andreev bound . states in double-barrier Nb/Al/Al0x/Al/A10x/Nb tunnel junctions // Physics Letters A. - 2000. - Vol. 269. - P. 238-244.

А25. Nevirkovets I. P., Ketterson J. B. Band structure observed in the current-voltage characteristics of SINININIS-type junctions // Письма в ЖЭТФ. -2000. - Т. 71. - № 8. - С. 492-495.

А26. Nevirkovets I. P., Strizhko L. P., Poladich A. V. Some RF properties of stacked Nb/A1(A!/A10x/Nb)n superconducting tunnel structures // Proc. of ISEC’93 (August 11-14, 1993, Boulder, Colorado, USA). - P. 378-379.

A27. Nevirkovets I. P., Strizhko L. P. Preparation and microwave measurements of stacked Nb/(Al/AlOx/Nb)n superconducting tunnel structures // SPIE Proceedings. - 1993. - Vol. 2104. - P. 261-262.

A28. Nevirkovets I. P., Blamire M. G., Evetts J. E. Cooperative behaviour and manifestation of dimensional crossover in SISIS-type Nb-based structures // SPIE Proceedings. - 1994. - Vol. 2157. - P. 363-372.

A29. Nevirkovets I. P., Blamire M. G., Evetts J. E. Properties of tunnel junctions with spatially inhomogeneous electrodes // Fifth Int. Supercond. Electronics Conference, September 18-21, 1995 (Extended Abstracts). - 1995.- P. 207209.

A30. Nevirkovets I. P. Switching device based on stacked Josephson tunnel junctions // Extended Abstarcts, The 5th International Workshop on High-temperature Superconducting Electron Devices (May 28-30, 1997, Matsuyama City, Japan). - 1997. - P. 149-152.

A31. Nevirkovets I. P, Ketterson J. B. Enhancement of the dc supercurrent in double-barrier Nb/A I - A1 Ox-A1 - A1 Ox-N b junctions // 7th Int. Superconductive Electronics Conference, June 21-25, 1999, Berkeley, CA, USA (Extended Abstracts). - 1999. - P. 232-234.

Невірковець І.. П. Тунелювання в багатобар’єрних та несиметричних надпровідникових структурах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.22 - надпровідність. - Інститут металофізики НАН України, Київ, 2000.

Дисертацію присвячено вивченню механізмів електронного переносу в багатобар’єрних та несиметричних тунельних переходах. Зокрема, виявлено ряд нових особливостей джозефсонівського тунелювання в ' множинних переходах типу (БІБ),, з я>2, де Б - надпровідник, І - ізолятор. Встановлено, що переходи типу БШІБ (де N - тонкий, порядку довжини когерентності, шар нормального металу або надпровідника із зменшеною енергетичною щілиною порівняно з Б) є новим класом джозефсонівських переходів, в яких можливе когерентне тунелювання як при нульовій, так і при кінцевій напрузі. На основі проведених досліджень запропоновано нові (зокрема трьохвивідні) пристрої, що можуть знайти застосування в кріоелектроніці.

Ключові слова: надпровідність, тунельний ефект, ефект Джозефсона, андріївське відбивання, нерівноважна надпровідність, ефект близькості, релаксаційні осциляції

Невирковец И. П. Туннелирование в многобарьерных и несимметричных сверхпроводниковых структурах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физикоматематических наук по специальности 01.04.22 - сверхпроводимость. -Институт металлофизики НАН Украины, Киев, 2000.

Диссертация посвящена изучению механизмов електронного переноса в многобарьерных и несимметричных туннельних переходах. В частности, обнаружено ряд новых особенностей джозефсоновского туннелирования в множественных переходах типа (815)„ с п>2, где Б - сверхпроводник, I -изолятор. Установлено, что переходы типа БШІв (где N - тонкий, порядка длины когерентности, слой нормального металла либо сверхпроводника с уменьшенной энергетической щелью по сравнению с 8) является новым классом джозефсоновских переходов, в которых возможно когерентное туннелирование как при нулевом, так и при конечном напряжении. На базе проведенных исследований предложены новые (в частности, трёхвыводные) устройства, которые могут найти применение в криоэлектронике.

Ключевые слова: сверхпроводимость, туннельний эффект, эффект Джозефсона, андреевское отражение, неравновесная сверхпроводимость, эффект близости, релаксационные осцилляции

Nevirkovets I. P. Tunneling in multi-barrier and asymmetric superconducting structures. - Manuscript.

Thesis for a doctor’s degree in physics and mathematics by speciality 01.04.22 - superconductivity. - The Institute for Metal Physics of the National Academy of Sciences of the Ukraine, Kyiv, 2000.

The dissertation is devoted to studying mechanisms of the electron transport in multi-barrier and asymmetric tunnel junctions. In particular, new aspects of Josephson tunneling were found for multiple (SIS),, junctions with ri>2, where S is a superconductor and I is an insulator. It is established that SINIS-type junctions (where N is a thin, of order of the coherence length, layer of a normal metal, or a superconductor with the energy gap being reduced as compared with that for S) constitute a new class of Josephson junctions, in which coherent tunneling is possible both at zero and finite voltage. On the base of the research carried out, new devices (in particular, three-terminal ones) have been proposed as promising for cryoelectronics applications.

Key words: superconductivity, tunneling, Josephson effect, Andreev reflection, nonequilibrium superconductivity, proximity effect, relaxation oscillations

Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова, 2000

Підп. до друку 8.Об.2000.Формат 60x84/32. Ум.-друк. арк. 1,31. Замов. 012.

Тіраж 100