Сверхпроводящие квантовые интерферометры для устройств приема сигнала и обработки информации Сверхпроводящие квантовые интерферометры для устройств приема сигнала и обработки информации

Краткое описание

Соловьев, Игорь Игоревич.Сверхпроводящиеквантовыеинтерферометрыдляустройствприемасигналаиобработкиинформации: диссертация ... доктора физико-математических наук : 01.04.15 / Соловьев Игорь Игоревич; [Место защиты: Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова]. - Москва, 2018. - 319 с. : ил.больше
Цитаты из текста:

стр. 1
рукописи Соловьев Игорь ИгоревичСВЕРХПРОВОДЯЩИЕКВАНТОВЫЕИНТЕРФЕРОМЕТРЫДЛЯУСТРОЙСТВПРИЕМАСИГНАЛАИОБРАБОТКИИНФОРМАЦИИдиссертация на соискание ученой

стр. 2
основы функционирования исследуемыхустройств1.2Сверхпроводящиеквантовыеинтерферометрыи цепочки на их основе 1.3 Применениеинтерферометровпостоянного тока в детекторах, усилителях иустройствахсчитывания 1.4 Физические основы функционирования цифровых сверхпроводниковых схем 1.6 Основы сверхпроводниковой

стр. 9
расчета сверхпроводниковых интерферометрических схем на базе джозефсоновских контактов и подходов создания на их основе элементной базыустройствприемасигналаиобработкиинформации. Соответствующий аналитических цикл выражений исследований описания включает отклика построение отсутствующихквантовыхсверхпроводящихинтерферометровна внешний магнитныйсигнал, оптимизацию схем аналоговых и цифровых преобразователей магнитного...

Оглавление диссертациикандидат наук Соловьев, Игорь Игоревич
СОДЕРЖАНИЕ
Общая характеристика диссертационной работы 7
Актуальность темы исследования 7
Цель работы 9
Научная новизна 10
Научная и практическая значимость 11
Методология и методы исследования 12
Основные положения, выносимые на защиту 13
Достоверность 14
Личный вклад автора 14
Апробация работы 15
Публикации 16
Объем и структура диссертации 16
Список литературы 17
Глава I. Анализ проблемной области 19
1.1 Физические основы функционирования исследуемых устройств 19
1.2 Сверхпроводящие квантовые интерферометры и цепочки на их основе 23
1.3 Применение интерферометров постоянного тока в детекторах, усилителях и устройствах считывания 31
1.4 Физические основы функционирования цифровых сверхпроводниковых
схем 34
1.5 Сверхпроводниковые аналого-цифровые преобразователи на базе СКВИДов 37
1.6 Основы сверхпроводниковой технологии высокопроизводительных вычислительных устройств 43
1.6.1 Быстрая одноквантовая логика 44
1.6.1.1 Низковольтовая быстрая одноквантовая логика 49
1.6.1.2 «Асинхронная» энергоэффективная быстрая одноквантовая логика 50
1.6.1.3 «Синхронная» энергоэффективная быстрая одноквантовая логика 51
1.6.2 Взаимная квантовая логика 52
1.6.3 Адиабатическая сверхпроводниковая логика 57
1.6.3.1 Адиабатический квантовый потоковый параметрон 61
1.6.3.2 СКВИД с отрицательной взаимной индуктивностью 62
1.6.4 Сверхпроводниковая память 64
1.6.4.1 Память на базе СКВИДов 64
1.6.4.2 Гибридная сверхпроводниковая джозефсоновская -полупроводниковая память 65
1.6.4.3 Элементы памяти на джозефсоновских контактах с ферромагнитными слоями 66
1.6.5 Логические устройства с внутренней памятью своего состояния на базе СКВИДов 69
1.6.6 СКВИДы в цепях неклассической обработки информации 70 Литература к главе I 73
Глава II. Аналитическое описание отклика двухконтактного СКВИДа 87
2.1 Введение 87
2.2 Отклик напряжения симметричного СКВИДа на магнитный поток 89
2.2.1 Решение в приближении ^ = 90
2.2.2 Решение в приближении ^ = + 91
2.2.3 Сопоставление с результатами численного расчета 94
2.3 Отклик тока симметричного СКВИДа на магнитный поток 96
2.3.1 Сверхпроводящее состояние 96
2.3.2 Резистивное состояние 100
2.4 Анализ влияния малой асимметрии параметров СКВИДа на отклик напряжения 101
2.4.1 Асимметрия индуктивных плеч 102
2.4.2 Асимметрия критических токов и шунтирующих сопротивлений джозефсоновских контактов 103
2.4.2.1 Решение в приближении ^ = 103
2.4.2.2 Решение в приближении ^ = + 106
2.4.2.3 Обобщение на случай асимметрии индуктивных плеч 108
2.5 Анализ влияния малой асимметрии параметров СКВИДа на отклик тока 110
2.5.1 Сверхпроводящее состояние 110
2.5.2 Резистивное состояние 112
2.6 Обобщение полученных выражений для откликов СКВИДа с индуктивностью реального устройства 114
2.6.1 Отклик напряжения 114
2.6.2 Отклик тока 118
2.7 Критический ток СКВИДа 120
2.8 Основные результаты главы II 124
Литература к главе II 125 Глава III. Методы линеаризации отклика джозефсоновских структур на базе
СКВИДов 130
3.1 Введение 130
3.2 Дифференциальное соединение СКВИДов 135
3.3 Дифференциальное соединение цепочек СКВИДов 148
3.4 Би-СКВИД 150
3.5 Экспериментальное исследование 154
3.5.1 Последовательные цепочки би-СКВИДов 155
3.5.2 Последовательные цепочки параллельных цепочек СКВИДов 157
3.5.3 Дифференциальные параллельно-последовательные структуры 159
3.5.3.1 Дифференциальные структуры с внешним трансформатором магнитного потока 160
3.5.3.2 Дифференциальные структуры без трансформатора магнитного потока 163
3.6 Приложение. Описание ниобиевой технологии фирмы HYPRES 165
3.7 Основные результаты главы III 170 Литература к главе III 171
Глава IV. Методы построения интерфейсных усилителей на базе цепочек
СКВИДов 173
4.1 Введение 173
4.2 Структура интерфейсных усилителей 175
4.2.1 Режимы работы 175
4.2.2 Принципиальная схема 176
4.2.3 Связь входной цепи с суммирующей цепочкой СКВИДов 179
4.2.4 Суммирующая цепочка СКВИДов 183
4.2.5 Моделирование работы усилителя 187
4.3 Проектирование прототипа усилителя 189
4.3.1 Оптимизация топологии усилителя 189
4.3.2 Фотошаблоны экспериментальных образцов 193
4.4 Экспериментальное исследование 198
4.5 Основные результаты главы IV 201 Литература к главе IV 202
Глава V. Флаксонные интерферометры 204
5.1 Введение 204
5.2 Динамика рассеяния солитона 206
5.2.1 Аналитическое решение 207
5.2.2 Общий метод решения 211
5.3 Влияние дискретности среды на динамику солитона 211
5.4 Оптимизация процесса измерений в схемах баллистического детектора 219
5.4.1 Случай непрерывных ДПЛ 220
5.4.1.1 Динамика рассеяния флаксона 220
5.4.1.2 Расчет отношения сигнала к шуму 223
5.4.1.3 Симметризация оригинальной схемы детектора 227
5.4.1.4 Симметризация схемы детектора с кольцевой ДПЛ 233
5.4.2 Случай дискретных ДПЛ 237
5.5 Проектирования экспериментальных образцов 239
5.5.1 Принципиальная схема измерений 243
5.5.2 Цифровые цепи измерительной схемы 245
5.5.3 Проектирование фотошаблонов 250
5.6 Основные результаты главы V 259 Литература к главе V 260
Глава VI. Магнитные джозефсоновские контакты в базовых элементах логики и
памяти 264
6.1 Введение 264
6.2 Джозефсоновский поворотный вентиль 266
6.2.1 Модель джозефсоновской SF-NFS-структуры 266
6.2.1.1 Решение уравнений Узаделя в N-пленке 270
6.2.1.2 Решение уравнений Узаделя в F-пленке 270
6.2.1.3 Распределение плотности критического тока 272
6.2.2 Критический ток SF-NFS джозефсоновских структур 274
6.3 Адиабатические квантовые интерферометры в цифровых схемах 278
6.3.1 Параметрический квантрон 278
6.3.2 Параметрические квантроны на базе СКВИДа 279
6.3.2.1 СКВИД 279
6.3.2.2 Н-СКВИД 284
6.3.2.3 Би-СКВИД с пи-контактом 286
6.3.2.4 Н-би-СКВИД с пи-контактом 288
6.3.3 Адиабатические квантовые потоковые параметроны - АКПП 290
6.3.4 АКПП с пи-контактами 293
6.3.5 Оптимизация характеристик АКПП с добавлением пи-контактов 297
6.3.5.1 Схема н-СКВИДа 297
6.3.5.2 Схема АКПП 302 6.4 Основные результаты главы VI 306 Литература к главе VI 307
Заключение 311
Список публикаций автора по теме диссертации 314