Экспериментально исследованы режимы работы туннельного перехода сверхпроводник--изолятор--сверхпроводник (СИС) на основе трехслойных структур Nb/AlOx/Nb и Nb/AlN/NbN в качестве гармонического смесителя (для частот порядка 600 и 20 GHz) и преобразователя частоты вверх (в диапазоне 0.1-5 GHz). Проведено сравнение квазичастичного и джозефсоновского режимов смешения. Показано, что в некоторых приложениях, таких как использование СИС-перехода в качестве криогенного гармонического фазового детектора, джозефсоновский режим может быть более предпочтительным, поскольку позволяет реализовать как больший сигнал, так и большее соотношение сигнал/шум по сравнению с квазичастичным. Также показана перспективность использования джозефсоновского режима смешения в системах мультиплексирования сигналов для сверхпроводниковых детекторов. Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (соглашение N 14.613.21.0046, идентификатор RFMEFI61315X0046).
Экспериментально исследованы режимы работы туннельного перехода сверхпроводник--изолятор--сверхпроводник (СИС) на основе трехслойных структур Nb/AlOx/Nb и Nb/AlN/NbN в качестве гармонического смесителя (для частот порядка 600 и 20 GHz) и преобразователя частоты вверх (в диапазоне 0.1-5 GHz). Проведено сравнение квазичастичного и джозефсоновского режимов смешения. Показано, что в некоторых приложениях, таких как использование СИС-перехода в качестве криогенного гармонического фазового детектора, джозефсоновский режим может быть более предпочтительным, поскольку позволяет реализовать как больший сигнал, так и большее соотношение сигнал/шум по сравнению с квазичастичным. Также показана перспективность использования джозефсоновского режима смешения в системах мультиплексирования сигналов для сверхпроводниковых детекторов. Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (соглашение N 14.613.21.0046, идентификатор RFMEFI61315X0046).
Описана оптимизация существующей технологии изготовления сверхпроводящих пленок и высококачественных туннельных переходов на установке магнетронного распыления. Для расширения частотного диапазона до 1 THz и получения предельных параметров сверхпроводниковых элементов были оптимизированы режимы изготовления пленок Nb, NbN и NbTiN. Для создания приемных элементов на частоты выше 700 GHz туннельные переходы сверхпроводник--изолятор--сверхпроводник Nb/Al--AlN/NbN включаются в микрополосковую линию NbTiN--SiO2-Al. Такие структуры разрабатываются для матричного приемника на телескопе Atacama Pathfinder Experiment и ряда других радиоастрономических проектов. Ключевые слова: сверхпроводимость, туннельные переходы, магнетронное напыление, тонкие пленки.
В работе формируются совместным магнетронным распылением плёнки NbxAl1-x для интегральных сверхпроводниковых однофотонных детекторов. Экспериментально определена зависимость поверхностного сопротивления плёнок Nb-Al от толщины, в диапазоне толщин от 10 до 400 нм зависимость имеет степенной характер. Выявлено, что при увеличении мощности магнетрона Nb от 150 до 550 Вт удельное сопротивление плёнок Nb75Al25 снижается с 337 до 156 мкОм∙см. Для плёнки Nb75Al25 толщиной 350 нм определена критическая температура TC =3,7 К и RRR300/10 = 1,047. В результате отжига в высоком вакууме при температуре 600 °C рентгеноаморфная плёнка Nb75Ge25 толщиной 100 нм, по данным XRD, кристаллизуется с образованием фазы нанокристаллического Nb, при этом сверхпроводящих свойств выше 1,7 К не обнаружено; плёнка толщиной 20 нм после отжига остаётся рентгеноаморфной. Экспериментально показано, что осаждение плёнки Nb80Al20 на нагретую подложку при 600 °C увеличивает ширину и снижает температуру сверхпроводящего перехода с 3,76 до 3,69 К.
Исследована возможность использования туннельных переходов сверхпроводник–изолятор–
сверхпроводник (СИС) в системе мультиплексирования для задания переменного тока через мас-
сивы детекторов на краю сверхпроводящего перехода и считывания принимаемого сигнала, а также
для задания постоянного тока через массивы сверхпроводящих квантовых интерферометров. Экс-
периментально изучена работа СИС-преобразователя частоты при относительно низких рабочих
частотах (менее 10 ГГц). Реализованы различные режимы работы; потери преобразования в квази-
частичном режиме составили 8 дБ, мощность насыщения по выходу составляет –58 дБм. Показана
возможность повышения одновременно нескольких частот входного сигнала. Продемонстрирова-
на возможность использования СИС-перехода в режиме источника тока, управляемого внешним
высокочастотным сигналом.
Цель работы – исследование основных характеристик низкошумящего детектора одиночных фотонов, работающего в непрерывном режиме, а также их зависимость от температуры фотодиода и напряжения смещения. Работа проведена на базе лаборатории волоконной оптики Политехнического университета. Объект исследования – опытный образец детектора одиночных фотонов на основе однофотонного лавинного фотодиода с гетероструктурой InGaAs/InP с обратной засветкой, работающий в непрерывном режиме. В результате исследования основных характеристик экспериментально установлены и проанализированы зависимости квантовой эффективности, частоты темновых отсчётов и вероятности послеимпульсных срабатываний детектора от температуры лавинного фотодиода и напряжения смещения. Написана программа на языке MATLAB для автоматизации процесса вычисления вероятности послеимпульсных срабатываний. Область применения результатов охватывает квантовую криптографию, а также фундаментальные эксперименты в квантовой оптике, где требуется регистрация фотонов с неизвестным временем прихода. В ходе выполнения работы использовались такие информационные технологии как: программа управления опытным образцом детектора одиночных фотонов для ПК, программа управления и построения гистограмм для контроллера времени ID1000, пакет прикладных программ MATLAB и программа Microsoft Excel.
В докладе будет представлен краткий обзор результатов, полученных в ИФП СО РАН, в области разработки детекторов и излучателей фотонов, перспективных для использования в системах квантовой криптографии и миниатюрных квантовых стандартах частоты на основе эффекта когерентного пленения населенностей.Однофотонные лавинные фотодиоды (ОЛФД) на основе гетероструктуры InP/InGaAs/InP обеспечивают поглощение на длине волны 1.55 мкм и применяются в волоконно-оптических линиях для реализации систем квантовой криптографии.Разработана конструкция и спроектирована топология ОЛФД на основе гетероструктуры InP/InGaAs/InP.Методом планарной технологии изготовлены чипы ОЛФД.Предложен способ и определены условия проведения локальной диффузии цинка с целью получения заданного профиля распределения примеси p-типа и толщины области лавинного умножения.Разработаны методы контроля параметров отдельных слоев гетероструктуры и ОЛФД в целом.Гетероструктуры выращивались методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложке n + -InP.Основными параметрами, определяющими работоспособность ОЛФД в гейгеровском режиме как детектора одиночных фотонов, являются квантовая эффективность счета (15-25%), частота темновых импульсов менее 50 кГц и коэффициент послепульсаций менее 15%.Для достижения предельных параметров ОЛФД, работающих в счетном режиме, требуются экстремально малые темновые токи при обратных напряжениях вблизи пробоя.Для этого необходима минимизация уровня фоновых примесей в слоях гетероструктуры.Были проведены исследования влияния условий выращивания этих слоев на уровень фоновых примесей и дефектов в них с помощью сочетания методов C-V измерений ртутного зонда и МДП структуры с послойным травлением эпитаксиальных слоев.Для измерения параметров чипов (квантовая эффективность счета, частота темновых импульсов и коэффициент послепульсаций) разрабатывается оригинальный исследовательский стенд.Достигнутые величины темнового тока при температуре 217 К вблизи пробоя (менее 10 -11 А), коэффициент лавинного умножения (25-30) в линейном режиме и темновая частота счета (менее 50 кГц при перенапряжении до 3,5 В) в режиме Гейгера не уступают результатам мирового уровня.Исследована система квантовых точек (КТ) на основе AlyIn1-yAs/AlxGa1-xAs.Использование широкозонных твердых растворов AlyIn1-yAs в качестве основы КТ позволяет существенно расширить спектральный диапазон излучения в коротковолновую область, включая участок длин волн вблизи 770 нм, представляющий интерес для разработки аэрокосмических систем квантовой криптографии.Разработана и реализована конструкция микрорезонаторов для излучателей одиночных фотонов на основе AlxGa1-xAs зеркал и AlyIn1-yAs КТ.С использованием интерферометра Хэнбери Брауна-Твисса исследована статистика излучения одиночных AlyIn1-yAs КТ.Функция парных фотонных корреляций отчетливо демонстрирует субпуассоновский характер статистики излучения (g (2) (0)=0.04),что является прямым подтверждением перспективности использования разработанных микрорезонаторов для создания эффективных излучателей одиночных фотонов на основе AlyIn1-yAs КТ в спектральном диапазоне 0.77 мкм.Разработаны и изготовлены одномодовые лазеры с вертикальным резонатором (ЛВР) с длиной волны генерации 894.6 нм для использования в миниатюрных квантовых стандартах частоты (КСЧ) на основе 133 Cs и лазеры с длиной волны 794.8 нм для КСЧ на основе 87 Rb.Точная подстройка длины волны под резонанс D1 Cs и Rb осуществляется путем изменения температуры и тока накачки лазеров.Характеристики лазеров соответствуют требованиям, предъявляемым к излучателям в миниатюрных КСЧ на основе эффекта когерентного пленения населенностей.
Атомы в высоковозбужденных ридберговских состояниях с главным квантовым числом n>>1 обладают большими дипольными моментами, которые растут как n 2 с ростом n [1,2].Благодаря этому электрические поляризуемости ридберговских уровней растут как n 7 и на много порядков превышают поляризуемости атомов в низковозбужденных состояниях.Это особенно привлекательно для создания высокочувствительных квантовых сенсоров постоянных и радиочастотных электрических полей, что было отмечено еще в наших самых первых работах по спектроскопии ридберговских атомов Na в атомном пучке [3][4][5].В настоящее время во всех ведущих странах мира ведутся работы по созданию квантовых сенсоров электрических полей на основе паров атомов щелочных металлов, возбуждаемых в ридберговские состояния в малогабаритных оптических ячейках.При регистрации микроволнового излучения с частотой свыше 1 ГГц используется измерение расщепления одиночного резонанса электромагнитноиндуцированной прозрачности (ЭИП), возникающего при возбуждении атомов в ридберговские состояния [6], на два резонанса за счет динамического эффекта Штарка (эффект Аутлера-Таунса) в поле микроволнового излучения, резонансного переходам между ридберговскими состояниями [7,8].Частоты этих переходов легко варьируются изменением n, так как расстояние между соседними ридберговскими уровнями имеет зависимость n -3 и изменяется от единиц гигагерц для высоких состояний до сотен гигагерц для более низких состояний.Фундаментальная чувствительность регистрации СВЧ-излучения на переходах между ридберговскими состояниями определяется только квантовыми шумами.На основе ридберговских сенсоров могут быть построены как метрологические стандарты измерителей напряженности электрического поля [9], так и высокочувствительные детекторы радиочастотных полей для различных применений [10].В настоящем докладе будет дан краткий обзор состояния дел в мире в области создания квантовых сенсоров постоянных и радиочастотных электрических полей на основе ридберговских атомов.Также будут представлены наши первые экспериментальные результаты по наблюдению резонанса ЭИП в оптической ячейке с атомами Rb, возбуждаемыми по двухфотонной схеме в ридберговское состояние 30S.Работа была поддержана грантом РНФ 23-12-00067 в части двухфотонного лазерного возбуждения ридберговских состояний.