RU2620760C2 - Superconducting quantum grid on the basis of skif structures - Google Patents

Superconducting quantum grid on the basis of skif structures Download PDF

Info

Publication number
RU2620760C2
RU2620760C2 RU2015149223A RU2015149223A RU2620760C2 RU 2620760 C2 RU2620760 C2 RU 2620760C2 RU 2015149223 A RU2015149223 A RU 2015149223A RU 2015149223 A RU2015149223 A RU 2015149223A RU 2620760 C2 RU2620760 C2 RU 2620760C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
superconducting
skif
structures
superconducting quantum
lattice according
Prior art date
Application number
RU2015149223A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015149223A (en
Inventor
Игорь Игоревич Соловьев
Виктор Константинович Корнев
Николай Викторович Кленов
Николай Васильевич Колотинский
Алексей Владимирович Шарафиев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2015149223A priority Critical patent/RU2620760C2/en
Publication of RU2015149223A publication Critical patent/RU2015149223A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2620760C2 publication Critical patent/RU2620760C2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F19/00Amplifiers using superconductivity effects
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/10Junction-based devices

Landscapes

  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: superconducting quantum lattice based on SKIF-structure comprises two coupled differential serial chain SKIF-structures consisting of parallel-connected Josephson junctions, a means of specifying the magnetic bias field, connected inductively to each SKIF-structure, a superconducting transformer and a DC supply current reference means and voltage measurement.
EFFECT: improving the magnetic signal conversion output signal in response and linearity of the voltage through the use of multielement Josephson structures consisting of two consecutive differentially connected SKIF chain structures, design, operating conditions and specific characteristics of which are selected in the manner described herein.
10 cl, 4 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к криогенной радиоэлектронике, в том числе к активным широкополосным устройствам, и могут быть использованы в качестве детектора для приема и усиления электромагнитных сигналов в диапазоне частот от единиц герц до 10 ГГц.The invention relates to cryogenic radio electronics, including active broadband devices, and can be used as a detector for receiving and amplifying electromagnetic signals in the frequency range from units of hertz to 10 GHz.

Уровень техникиState of the art

Устройства с джозефсоновскими контактами давно используются для детектирования магнитной компоненты сверхвысокочастотных (СВЧ) электромагнитных сигналов. Особенно активно для этих целей используются системы на основе сверхпроводящих квантовых интерферометров (СКВИД), которые имеют высокую чувствительность и обладают низкой шумовой температурой, совместимы с другими сверхпроводниковыми устройствами. СКВИД представляет собой сверхпроводящее кольцо, содержащее один или два джозефсоновских контакта, имеет согласующие и измерительные устройства, позволяющие преобразовать приложенный магнитный сигнал в отклик напряжения.Devices with Josephson contacts have long been used to detect the magnetic component of microwave (microwave) electromagnetic signals. Particularly actively used for these purposes are systems based on superconducting quantum interferometers (SQUIDs), which have high sensitivity and low noise temperature, are compatible with other superconducting devices. SQUID is a superconducting ring containing one or two Josephson contacts, has matching and measuring devices that can convert the applied magnetic signal into a voltage response.

Описаны различные конструкции и схемотехнические решения сверхпроводниковых усилителей СВЧ-диапазона. В частности, описана схема согласованного усилителя на СКВИДе с нагрузкой для диапазона до 0,1 ГГЦ (JP S60247311, Noguchi, 07.12.1985). Усилитель/преобразователь, использующий этот принцип, на частоте 100 МГц продемонстрировал коэффициент усиления порядка 20 дБ с шумовой температурой 1±0,4 К при использовании входного устройства, выполненного на коаксиальном кабеле (см. US 4585999, Hilbert et al., 29.04.1986). Принципы согласования входных и выходных цепей усилителя на СКВИД с нагрузкой подробно исследованы для диапазона до 0,1 ГГЦ (JP 60247311, Noguchi, on. 07.12.1985). В изобретении (JP 1245605, Takami et al., 29.09.1989) описан усилитель-преобразователь магнитного сигнала на СКВИДе постоянного тока, в котором для электрической подстройки согласования интерферометра с охлаждаемым предусилителем используется второй СКВИД как регулируемый индуктивный элемент согласующей цепи. Однако как рабочий диапазон частот, так и линейность преобразования для усилителей на одиночном низкотемпературном СКВИДе недостаточны для современных приложений.Various designs and circuitry solutions for microwave superconductors are described. In particular, a schematic of a matched SQUID amplifier with a load for a range up to 0.1 GHz is described (JP S60247311, Noguchi, 12/07/1985). An amplifier / converter using this principle at a frequency of 100 MHz showed a gain of about 20 dB with a noise temperature of 1 ± 0.4 K when using an input device made on a coaxial cable (see US 4,585,999, Hilbert et al. 04/29/1986 ) The principles of matching the input and output circuits of an SQUID amplifier with a load have been studied in detail for a range of up to 0.1 GHz (JP 60247311, Noguchi, on. 07.12.1985). The invention (JP 1245605, Takami et al., September 29, 1989) describes a DC-SQUID magnetic signal amplifier-converter in which a second SQUID is used as an adjustable inductive element of the matching circuit to electrically match the interferometer with a cooled preamplifier. However, both the operating frequency range and the linearity of conversion for amplifiers on a single low-temperature SQUID are insufficient for modern applications.

Существуют две проблемы, затрудняющие переход к более высоким частотам сигналов 1-10 ГГц при сохранении характерных для сверхпроводниковых устройств высоких показателей по усилению и шумовой температуре (порядка 1…3 К). Во-первых, СКВИД-усилители являются особым видом параметрических усилителей, в которых усиление мощности сигнала на его частоте FS происходит путем преобразования сигнала на частоту FS+FJ, где FJ - частота джозефсоновской генерации, и последующем преобразовании вниз, снова на частоту сигнала. Исходя из соотношений Мэнли-Роу коэффициент усиления по мощности, G, такого усилителя не превышает:There are two problems that make it difficult to switch to higher frequencies of signals of 1-10 GHz while maintaining high gain and noise temperature (about 1 ... 3 K) characteristic for superconducting devices. Firstly, SQUID amplifiers are a special type of parametric amplifiers in which the signal power at its frequency F S is amplified by converting the signal to the frequency F S + F J , where F J is the frequency of the Josephson generation, and then converting down again to signal frequency. Based on the Manly-Row ratios, the power gain, G, of such an amplifier does not exceed:

Figure 00000001
Figure 00000001

Поэтому джозефсоновские переходы СКВИДа должны обладать высоким характеристическим напряжением - VC, чтобы характерная частота джозефсоновской генерацииTherefore, the Josephson SQUID junctions must have a high characteristic voltage - V C , so that the characteristic frequency of the Josephson generation

Figure 00000002
Figure 00000002

где Ф0 - квант магнитного потока, равный 2,07×10-15 Вб, была на несколько порядков выше частоты сигнала.where Ф 0 - magnetic flux quantum, equal to 2.07 × 10 -15 VB, was several orders of magnitude higher than the signal frequency.

Для СКВИДов на основе Nb джозефсоновских контактов типичные значения VC не превышают 100-200 мкВ, соответственно, значения FC не превышают 50-100 ГГц. Типичные значения FJ в рабочей точке примерно на порядок меньше FC и, как видно из формулы (1), усиление исчезает для сигналов с частотой порядка 10 ГГц. Естественно, ухудшаются и шумовые характеристики усилителя.For SQUIDs based on Nb Josephson junctions, typical V C values do not exceed 100-200 μV, respectively, F C values do not exceed 50-100 GHz. Typical values of F J at the operating point are approximately an order of magnitude smaller than F C and, as can be seen from formula (1), the gain disappears for signals with a frequency of the order of 10 GHz. Naturally, the noise characteristics of the amplifier are also deteriorating.

Второй проблемой для СВЧ-усилителей на основе классических СКВИДов с многовитковой входной катушкой в частотном диапазоне выше 0,01 ГГц является нелинейный вид отклика на задаваемое извне магнитное поле и невозможность линеаризации отклика с использованием традиционных систем обратной связи на таких высоких частотах, что ведет к невысокому уровню линейности усиления (порядка 20 дБ). Также без использования систем обратной связи для СКВИД-усилителей характерны малые значения динамического диапазона, то есть отношения максимального выходного сигнала Vmax к уровню шумов на выходе рассматриваемого устройства

Figure 00000003
, задающему уровень минимального сигнала на выходе устройства:The second problem for microwave amplifiers based on classical SQUIDs with a multi-turn input coil in the frequency range above 0.01 GHz is the nonlinear response to an external magnetic field and the inability to linearize the response using traditional feedback systems at such high frequencies, which leads to a low gain linearity level (about 20 dB). Also, without the use of feedback systems, SQUID amplifiers are characterized by small values of the dynamic range, i.e., the ratio of the maximum output signal Vmax to the noise level at the output of the device in question
Figure 00000003
setting the level of the minimum signal at the output of the device:

Figure 00000004
Figure 00000004

Для решения указанных проблем могут использоваться многоэлементные джозефсоновские структуры, в том числе состоящие из N последовательно или параллельно соединенных СКВИДов. Сложение откликов от составляющих такую цепочку СКВИДов как раз и позволяет достигнуть требуемого уровня усиления.To solve these problems, multi-element Josephson structures can be used, including those consisting of N series SQUIDs connected in series or in parallel. The addition of the responses from the SQUIDs that make up such a chain makes it possible to achieve the required gain level.

Для увеличения линейности вольт-потокового преобразования систем на основе СКВИДов в изобретении KR 100774615 (Jin-Mok Kim et al., 2007.11.12, патент-аналог US 7453263) предложена специальная схема обратной связи, содержащая дополнительный джозефсоновский переход, однако предложенный метод увеличения линейности усилителя на основе СКВИДа существенно ограничивает максимальную рабочую частоту, так рабочая частота схемы обратной связи невелика.To increase the linearity of the SQUID-based voltage-stream conversion systems in the invention KR 100774615 (Jin-Mok Kim et al., 2007.11.12, patent analogue US 7453263), a special feedback scheme is proposed containing an additional Josephson junction, however, the proposed method for increasing linearity SQUID-based amplifier significantly limits the maximum operating frequency, since the operating frequency of the feedback circuit is small.

В изобретениях US 2005231196 (Tarutani Y. et al., 20.10.2005) и US 7095227 (Tarutani Y. et al., 22.08.2006) описаны усилители на основе последовательной цепочки СКВИДов, представляющей собой простейшую сверхпроводящую квантовую решетку (СКР). Такие усилители позволяют использовать в качестве источника питания источник постоянного тока и занимают малую площадь. Однако такое устройство позволяет достичь лишь относительно малую линейность усиления сигнала (не более 20 дБ).In the inventions US 2005231196 (Tarutani Y. et al., 10.20.2005) and US 7095227 (Tarutani Y. et al., 08.22.2006) amplifiers based on a sequential SQUID chain, which is a simple superconducting quantum lattice (SCR), are described. Such amplifiers allow using a direct current source as a power source and occupy a small area. However, such a device allows to achieve only a relatively small linear gain of the signal (not more than 20 dB).

Были предложены усилители-драйверы для гигагерцового диапазона (до десятков ГГц) на основе цепочек СКВИДов, разделенных на изолированные от земли пары, для уменьшения паразитных емкостей в системе (US 6486756, Tarutani, 26.11.2002), однако такие усилители пригодны лишь для цифровых применений и не могут быть использованы для усиления аналогового сигнала. Примером усилителя сигналов быстрой одноквантовой (БОК) логики, преобразующего их на выходе в импульсы напряжения с величиной, достаточной для использования полупроводниковой электроники, является изобретение (US 6917216, Herr Quentin, 14.10.2004), использующее разделение и переотражение выходного БОК-импульса для получения достаточных значений выходных импульсов напряжения. Но это предложение опять же рассчитано исключительно на применения в цифровых устройствах.Amplifiers-drivers for the GHz range (up to tens of GHz) based on chains of SQUIDs separated into pairs isolated from the ground were proposed to reduce spurious capacitances in the system (US 6486756, Tarutani, 11.26.2002), however, such amplifiers are suitable only for digital applications and cannot be used to amplify an analog signal. An example of a signal amplifier of fast single-quantum (SQF) logic, which converts them at the output into voltage pulses with a value sufficient to use semiconductor electronics, is an invention (US 6917216, Herr Quentin, 10/14/2004), which uses the separation and re-reflection of the output SQF pulse to obtain sufficient values of the output voltage pulses. But this offer is again designed exclusively for use in digital devices.

Для увеличения динамического диапазона предлагалось перейти к усилителям, содержащим большое количество взаимосвязанных СКВИДов. Так, последовательная цепочка из регулярно расположенных одинаковых двухконтактных СКВИДов может быть использована в качестве основного элемента для усиления цифрового или аналогового сигнала, а также в качестве детектора магнитного поля. Нерегулярная цепочка СКВИДов, имеющих произвольные площади и ориентации интерферометров представляет собой так называемые сверхпроводящие квантовые интерференционные фильтры (СКИФ), которые также могут использоваться при построении СВЧ-усилителей. Особенность СКИФа вытекает из нерегулярности его структуры: он позволяет получить один центральный максимум вольт-полевого отклика в нуле внешнего магнитного поля.To increase the dynamic range, it was proposed to switch to amplifiers containing a large number of interconnected SQUIDs. So, a sequential chain of regularly located identical two-contact SQUIDs can be used as the main element for amplifying a digital or analog signal, and also as a magnetic field detector. An irregular chain of SQUIDs having arbitrary areas and orientations of interferometers is the so-called superconducting quantum interference filters (SKIF), which can also be used in the construction of microwave amplifiers. A specific feature of SKIF follows from the irregularity of its structure: it allows one to obtain one central maximum of the voltage-field response at zero external magnetic field.

Так, в изобретении (DE 3936686, Hoenig, 08.05.1991) описан усилитель на матрице СКВИДов, охлаждаемой жидким азотом, в тонкопленочном варианте, однако указывается, что он может работать до частот 100 МГц. В изобретении (US 6005380, Hubbell Stephen, 21.12.1999) описан усилитель для антенны с использованием магнито-связанных СКВИДов, образующих многоэлементную матрицу. Однако такое устройство предназначено для работы в существенно более узком диапазоне частот и характеризуется относительно низкой предельной рабочей частотой - 516 МГц.So, in the invention (DE 3936686, Hoenig, 05/08/1991) an amplifier based on a SQUID matrix cooled by liquid nitrogen is described in the thin-film version, however, it is indicated that it can operate up to frequencies of 100 MHz. The invention (US 6005380, Hubbell Stephen, 12/21/1999) describes an amplifier for an antenna using magnetically coupled SQUIDs that form a multi-element matrix. However, such a device is designed to operate in a significantly narrower frequency range and is characterized by a relatively low limit operating frequency of 516 MHz.

Для создания усилителя тока с большими значениями выходного тока предлагалось использовать альтернативный вариант создания СКР - набор параллельно соединенных СКВИДов постоянного тока (JP 2003209299, Morooka et al., 25.07.2003). Данный усилитель обладает высокими значениями выходного тока, что позволяет использовать его в качестве входной цепи систем с прямой оцифровкой сигнала, однако, предложенное устройство не рассчитано на работу в гигагерцовом диапазоне частот.To create a current amplifier with large output currents, it was proposed to use an alternative option for creating SCR - a set of parallel-connected DC SQUIDs (JP 2003209299, Morooka et al., July 25, 2003). This amplifier has high values of the output current, which allows it to be used as an input circuit of systems with direct digitization of the signal, however, the proposed device is not designed to operate in the gigahertz frequency range.

В изобретении CN 101841077B (Y. Bian et al., 22.05.2013) описан перестраиваемый высокотемпературный сверхпроводящий (ВТСП) фильтр и способ его изготовления. Предложенный фильтр работает в высокочастотном диапазоне и, при необходимости, может характеризоваться широкой полосой пропускания. Однако задача реализации сверхпроводниковых электронных устройства для широкополосных приемных систем с прямой оцифровкой сигналов на основе данного изобретения пока не решена.Invention CN 101841077B (Y. Bian et al., 05.22.2013) describes a tunable high temperature superconducting (HTSC) filter and a method for manufacturing it. The proposed filter operates in the high-frequency range and, if necessary, can be characterized by a wide passband. However, the problem of realizing superconducting electronic devices for broadband receiving systems with direct digitization of signals based on the present invention has not yet been solved.

Цепочку СКВИДов переменной площади (СКИФ) предлагали использовать в качестве высокочувствительного магнетометра (WO 01/25805, Schopohl et al., 12.04.2001; US 7369093, Oppenlander et al., 06.05.2008), однако описанные структуры не дают необходимой линейности усиления сигнала. Не дают достаточной линейности преобразования входного магнитного сигнала в выходное напряжение и неоднородные параллельные цепочки контактов (US 7369093), не позволяющие ко всему прочему добиться значительных значений выходного сигнала.The variable-area SQUID chain (SKIF) was proposed to be used as a highly sensitive magnetometer (WO 01/25805, Schopohl et al., April 12, 2001; US 7369093, Oppenlander et al., May 6, 2008), however, the described structures do not provide the necessary linear signal amplification . They do not provide sufficient linearity in the conversion of the input magnetic signal to the output voltage and heterogeneous parallel contact chains (US 7369093), which do not allow anything else to achieve significant values of the output signal.

Известен сверхпроводящий широкополосный СВЧ усилитель, содержащий подключенную к входной и выходной сверхпроводящим линиям последовательную цепочку двухконтактных СКВИДов, связанных со средствами задания рабочих режимов тока и магнитного поля (JPH 10028021, Takeda et al., 27.01.1998).A known superconducting broadband microwave amplifier containing a series of two-contact SQUIDs connected to input and output superconducting lines is associated with means for setting the operating current and magnetic field modes (JPH 10028021, Takeda et al., January 27, 1998).

Описана структура с тремя джозефсоновскими контактами (US 8179133, Kornev et al., 15.05.2012; US 8933695, Kornev et al., 13.01.2015). В этом элементе параллельно основной индуктивности двухконтактного СКВИДа предложено включить третий джозефсоновский переход, который находится всегда в сверхпроводящем состоянии и играет роль нелинейной индуктивности. Подключение джозефсоновского контакта параллельно индуктивности СКВИДа образует двойной СКВИД, далее именуемый как би-СКВИД. Такая ячейка позволяет добиться достаточно высокой линейности преобразования входного сигнала в выходное напряжение усилителя, однако в данном случае влияние паразитных индуктивностей и емкостей затрудняет получение высоколинейного преобразования магнитного сигнала в отклик напряжения. Аналогичное устройство, предназначенное для реализации на основе высокотемпературных сверхпроводников, описано в патенте RU 2544275 от 20.03.2015, однако пока не решена задача реализации требуемых сверхпроводниковых электронных устройств для широкополосных приемных систем с прямой оцифровкой сигналов с использованием такой ячейки.A structure with three Josephson junctions is described (US 8179133, Kornev et al., 05/15/2012; US 8933695, Kornev et al., January 13, 2015). In this element, in parallel with the main inductance of the two-contact SQUID, it is proposed to include the third Josephson junction, which is always in the superconducting state and plays the role of nonlinear inductance. Connecting the Josephson junction parallel to the inductance of SQUID forms a double SQUID, hereinafter referred to as bi-SQUID. Such a cell allows achieving a sufficiently high linearity of the conversion of the input signal to the output voltage of the amplifier, however, in this case, the influence of stray inductances and capacitances makes it difficult to obtain a highly linear conversion of the magnetic signal into a voltage response. A similar device intended for implementation on the basis of high-temperature superconductors is described in patent RU 2544275 dated 03/20/2015, but the problem of implementing the required superconducting electronic devices for broadband receiving systems with direct digitization of signals using such a cell has not yet been solved.

К наиболее важным непатентным публикациям, посвященным изложению новых теоретических подходов к анализу предельных характеристик, следует отнести следующие исследования:The most important non-patent publications devoted to the presentation of new theoretical approaches to the analysis of limit characteristics include the following studies:

- описание подходов к увеличению коэффициента усиления и уменьшения шумовой температуры в СВЧ СКВИД-усилителях (Archana Kamal, John Clarke, Michel Devoret. Gain, directionality and noise in microwave SQUID amplifiers: Input-output approach. Physical Review В - 2012, vol. 86, 144510);- a description of approaches to increase the gain and reduce noise temperature in microwave SQUID amplifiers (Archana Kamal, John Clarke, Michel Devoret. Gain, directionality and noise in microwave SQUID amplifiers: Input-output approach. Physical Review B - 2012, vol. 86 144510);

- предложение прорывных решений для создания сверхпроводящих квантовых решеток (V. Kornev, I. Soloviev, A. Sharafiev, N. Klenov and О. Mukhanov. Active Electrically Small Antenna Based on Superconducting Quantum Array. IEEE Transactions on Applied Superconductivity - 2013, vol. 23(3), 1800405);- Proposal of breakthrough solutions for creating superconducting quantum gratings (V. Kornev, I. Soloviev, A. Sharafiev, N. Klenov and O. Mukhanov. Active Electrically Small Antenna Based on Superconducting Quantum Array. IEEE Transactions on Applied Superconductivity - 2013, vol. 23 (3), 1800405);

- описание методов сопряжения ВТСП СКВИД-усилителей со сверхпроводящими тонкопленочными фильтрами (Kalabukhov A.S., Tarasov М.А., Stepantsov Е.А., Gevorgian S., Deleniv A., Ivanov Z.G., Snigirev O.V., Vendik O.G., Mukhanov O.A. A high-Tc L-band SQUID amplifier combined with superconductive thin-film filters. Physica C: Superconductivity and its Applications - 2002, vol. 368, p. 171-175);- a description of the methods for coupling HTSC SQUID amplifiers with superconducting thin-film filters (Kalabukhov AS, Tarasov M.A., Stepantsov E.A., Gevorgian S., Deleniv A., Ivanov ZG, Snigirev OV, Vendik OG, Mukhanov OA A high- Tc L-band SQUID amplifier combined with superconductive thin-film filters. Physica C: Superconductivity and its Applications - 2002, vol. 368, p. 171-175);

- исследование возможных подходов к созданию компактных двумерных структур на основе высоколинейных би-СКВИДов (S. Berggren, G. Prokopenko, P. Longhini, A. Palacios, O.A. Mukhanov, A. Leese de Escobar, B.J. Taylor, M.C. de Andrade, M. Nisenoff, R.L. Fagaly, T. Wong, E. Cho, E. Wong, V. In. Development of 2D Bi-SQUID Arrays with High Linearity. IEEE Transactions on Applied Superconductivity - 2013, vol. 23(3), 1400208).- study of possible approaches to creating compact two-dimensional structures based on highly linear bi-SQUIDs (S. Berggren, G. Prokopenko, P. Longhini, A. Palacios, OA Mukhanov, A. Leese de Escobar, BJ Taylor, MC de Andrade, M. Nisenoff, RL Fagaly, T. Wong, E. Cho, E. Wong, V. In. Development of 2D Bi-SQUID Arrays with High Linearity. IEEE Transactions on Applied Superconductivity - 2013, vol. 23 (3), 1400208).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является конструкция СВЧ-усилителя на основе последовательных цепочек СКВИДов постоянного тока, площади которых подобраны так, чтобы обеспечить повышенный коэффициент усиления и высокую линейность в полосе частот 1-10 ГГц (RU 2353051, Корнев и др., 06.06.2007). Однако реализация требуемых цепочек СКВИДов с заданной точностью параметров на сегодняшний день представляется чрезвычайно сложной технической задачей, что ограничивает величину достижимой в реальном эксперименте линейности преобразования магнитного сигнала в отклик напряжения на уровне 50 дБ.Closest to the claimed technical solution is the design of a microwave amplifier based on sequential chains of DC SQUIDs, the areas of which are selected so as to provide increased gain and high linearity in the frequency band 1-10 GHz (RU 2353051, Kornev et al., 06.06. 2007). However, the implementation of the required chains of SQUIDs with a given accuracy of parameters today seems to be an extremely difficult technical task, which limits the linearity of the conversion of a magnetic signal into a voltage response achievable in a real experiment at a level of 50 dB.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Заявляемая сверхпроводящая квантовая решетка на основе СКИФ-структур содержит две соединенные дифференциально последовательные цепочки (1 и 2) СКИФ-структур (3), включающих параллельно соединенные джозефсоновские контакты (4) и соединительные индуктивности; средство задания магнитного поля смещения (5), подключенное к сверхпроводящему трансформатору (6), соединенному индуктивным образом с каждой СКИФ-структурой; средства задания постоянного тока питания и измерения напряжения (7).The inventive superconducting quantum lattice based on SKIF structures contains two connected differentially sequential chains (1 and 2) of SKIF structures (3), including parallel connected Josephson contacts (4) and connecting inductances; means for setting the bias magnetic field (5), connected to a superconducting transformer (6), connected inductively to each SKIF structure; means for setting a direct current supply and voltage measurement (7).

Устройство может характеризоваться тем, что число соединенных параллельно джозефсоновских контактов в каждой СКИФ-труктуре составляет по меньшей мере 30 единиц.The device can be characterized in that the number of Josephson junctions connected in parallel in each SKIF structure is at least 30 units.

Устройство может характеризоваться тем, что число соединенных последовательно СКИФ-труктур в каждой цепочке составляет по меньшей мере 100 единиц.The device can be characterized in that the number of SCIF structures connected in series in each chain is at least 100 units.

Устройство может характеризоваться тем, что количество джозефсоновских контактов в каждой СКИФ-структуре должно быть одинаково для каждой из цепочек.The device may be characterized in that the number of Josephson contacts in each SKIF structure should be the same for each of the chains.

Устройство может характеризоваться тем, что количество СКИФ-структур должно быть одинаково для каждой из цепочек.The device can be characterized in that the number of SKIF structures must be the same for each of the chains.

Устройство может характеризоваться тем, что джозефсоновские контакты выполнены в виде слоистых тонкопленочных структур, содержащих: нижний сверхпроводящий электрод, нанесенный на нижний сверхпроводящий электрод слой изолятора, верхний сверхпроводящий электрод с токоподводами, нанесенный на слой изолятора.The device can be characterized in that Josephson contacts are made in the form of layered thin-film structures containing: a lower superconducting electrode, an insulator layer deposited on a lower superconducting electrode, an upper superconducting electrode with current leads, deposited on an insulator layer.

Устройство может характеризоваться тем, что в качестве материала нижнего и верхнего сверхпроводящего электрода, сверхпроводящего трансформатора, сверхпроводящих соединений и между джозефсоновскими контактами в СКИФ-труктуре, и между СКИФ-труктурами в цепочке использован ниобий, алюминий или сплав на основе этих металлов.The device can be characterized in that niobium, aluminum, or an alloy based on these metals are used as the material of the lower and upper superconducting electrodes, superconducting transformers, superconducting compounds between Josephson junctions in the SKIF structure and between the SKIF structures in the chain.

Устройство может характеризоваться еще и тем, что в качестве материала слоя изолятора использован оксид алюминия Al2O3.The device can also be characterized in that alumina Al 2 O 3 is used as the material of the insulator layer.

Устройство может характеризоваться еще и тем, что толщина нижнего сверхпроводящего электрода и верхнего сверхпроводящего электрода составляет 50-500 нм.The device can also be characterized in that the thickness of the lower superconducting electrode and the upper superconducting electrode is 50-500 nm.

Устройство может характеризоваться еще и тем, что толщина слоя изолятора составляет 1-20 нм.The device can also be characterized by the fact that the thickness of the insulator layer is 1-20 nm.

Технический результат изобретения состоит в повышении уровня выходного сигнала и линейности преобразования магнитного сигнала в отклик напряжения за счет использования многоэлементных джозефсоновских структур, состоящих из двух дифференциально соединенных последовательных цепочек СКИФ-структур.The technical result of the invention is to increase the level of the output signal and the linearity of the conversion of the magnetic signal into a voltage response through the use of multi-element Josephson structures consisting of two differentially connected sequential chains of SKIF structures.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлена структурная схема заявляемой сверхпроводящей квантовой решетки на основе СКИФ-структур, где IM - ток, задающий магнитное поле смещения ±BDC, Ib - ток питания, Bext - внешнее поле, превращаемое посредством сверхпроводящего трансформатора в поле, действующее на СКИФ-структуры Btr, Vout1,2 - напряжение, снимаемое с последовательных цепочек СКИФ-структур.In FIG. 1 is a structural diagram of the inventive superconducting quantum lattice based on SKIF structures, where I M is a current defining a bias magnetic field ± B DC , Ib is a supply current, B ext is an external field converted by a superconducting transformer into a field acting on SKIF- Structures B tr , V out1,2 - voltage removed from successive chains of SKIF structures.

На фиг. 2 проиллюстрирован принцип построения элементарной квантовой ячейки сверхпроводящей квантовой решетки, состоящей из двух плеч в виде дифференциально соединенных СКИФ-структур, каждая из которых есть цепочка параллельно соединенных джозефсоновских контактов. Здесь Ф - магнитный поток, создаваемый действующим на СКИФ-структуру магнитным полем; ±δФ - магнитный поток, создаваемый полем смещения, I1, I2 - токи, затекающие в левое и правое плечо ячейки соответственно, Ib - ток питания, Ie - затекающий в нагрузку, Re - сопротивление нагрузки.In FIG. Figure 2 illustrates the principle of constructing an elementary quantum cell of a superconducting quantum lattice consisting of two arms in the form of differentially connected SKIF structures, each of which is a chain of parallel connected Josephson junctions. Here Φ is the magnetic flux created by the magnetic field acting on the SKIF structure; ± δФ is the magnetic flux created by the bias field, I 1 , I 2 are the currents flowing into the left and right shoulders of the cell, respectively, I b is the supply current, I e is flowing into the load, Re is the load resistance.

На фиг. 3 показаны отклики напряжения сверхпроводящей квантовой решетки, состоящей из двух СКИФ-структур, каждая из которых содержит 10 джозефсоновских контактов с нормированной величиной индуктивностей связи l=0.5: без нагрузки при «критическом» токе смещения Ib=IC (кривая 8); при токе смещения Ib=1.06IC (кривая 9); нагруженной на резистивный импеданс Re=10RN при том же токе смещения Ib=1.06IC (кривая 10), где RN - нормальное сопротивление плеча ячейки, LA и RA - левое и правое плечи элементарной квантовой ячейки соответственно.In FIG. Figure 3 shows the voltage responses of a superconducting quantum lattice consisting of two SKIF structures, each of which contains 10 Josephson contacts with a normalized value of the coupling inductance l = 0.5: without load at the “critical” bias current Ib = I C (curve 8); at a bias current of Ib = 1.06I C (curve 9); loaded at the resistive impedance Re = 10R N at the same bias current Ib = 1.06I C (curve 10), where R N is the normal resistance of the cell shoulder, LA and RA are the left and right shoulders of the unit quantum cell, respectively.

На фиг. 4 - рассчитанные зависимости линейности функции отклика напряжения сверхпроводящей квантовой решетки от величины магнитного потока смещения с нормированными индуктивностями связи джозефсоновских контактов l=0.5 при разных амплитудах входного гармонического сигнала, которые соответствуют размаху напряжения на выходе ячейки, составляющему 30%, 50%, 60%, 70% и 80% (границы областей линейности 11, 12, 13, 14 и 15 соответственно). Видно, что для предлагаемого технического решения достижимым уровнем линейности преобразования магнитного сигнала в отклик напряжения является 60…80 дБ, что намного выше реально достижимых характеристик ближайшего аналога.In FIG. 4 - calculated dependences of the linearity of the response function of the voltage of the superconducting quantum lattice on the magnitude of the bias flux with normalized coupling inductances of Josephson contacts l = 0.5 for different amplitudes of the input harmonic signal, which correspond to the voltage amplitude at the cell output of 30%, 50%, 60%, 70% and 80% (boundaries of linearity regions 11, 12, 13, 14 and 15, respectively). It can be seen that for the proposed technical solution, the achievable linearity level of converting the magnetic signal into a voltage response is 60 ... 80 dB, which is much higher than the achievable characteristics of the closest analogue.

Позициями на чертежах обозначены: 1 и 2 - соединенные дифференциально последовательные цепочки СКИФ-структур; 3 - СКИФ-структуры, состоящие из параллельно соединенных джозефсоновских контактов; 4 - джозефсоновские контакты; 5 - средство задания магнитного поля смещения; 6 - сверхпроводящий трансформатор; 7 - редства задания постоянного тока питания и измерения напряжения.The positions in the drawings indicate: 1 and 2 - connected differentially sequential chains of SKIF structures; 3 - SKIF structures consisting of parallel connected Josephson junctions; 4 - Josephson contacts; 5 - means for setting the bias magnetic field; 6 - superconducting transformer; 7 - means of setting a constant current supply and voltage measurement.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Сверхпроводящая квантовая решетка на основе СКИФ-структур (см. фиг. 1 и 2) представляет собой соединенные дифференциально последовательные цепочки (1 и 2) СКИФ-структур (3). Каждая СКИФ-структура состоит из параллельно соединенных джозефсоновских контактов (4) в резистивном состоянии, включенных дифференциально и смещенных взаимно ротивоположно некоторым магнитным потоком δФ при помощи средства задания магнитного поля смещения (5). Полный ток питания для каждой цепочки, задаваемый через средства задания постоянного тока (7) превышает максимальную величину критического тока цепочки и, таким образом, обуславливает ее переход в резистивное состояние. Сверхпроводящий трансформатор (6) превращает внешнее магнитное поле в приложенный к СКИФ-структурам сигнал, формирующий для каждой из них отклик напряжения, складывающийся при последовательном соединении в отклик цепочки.A superconducting quantum lattice based on SKIF structures (see Figs. 1 and 2) is a connected differentially sequential chain (1 and 2) of SKIF structures (3). Each SKIF structure consists of parallel-connected Josephson contacts (4) in the resistive state, switched on differentially and offset mutually opposite to some magnetic flux δФ by means of setting the bias magnetic field (5). The total supply current for each circuit, specified through the means for setting the direct current (7), exceeds the maximum value of the critical current of the circuit and, thus, causes its transition to a resistive state. The superconducting transformer (6) converts the external magnetic field into a signal applied to the SCIF structures, forming a voltage response for each of them, which, when connected in series, forms a chain response.

Заявляемая схема характеризуется тем, что при дифференциальном сложении откликов последовательных цепочек результирующее преобразование магнитного сигнала в отклик напряжения будет обладать высокой линейностью.The inventive circuit is characterized by the fact that with the differential addition of the responses of sequential chains, the resulting conversion of the magnetic signal into a voltage response will have a high linearity.

Цепочка соединенных дифференциально квантовых ячеек фактически представляет собой две дифференциально включенные последовательные цепочки правых и левых плеч квантовых ячеек (СКИФ-структур, включающих параллельно соединенные джозефсоновские контакты). Каждая из этих цепочек индуктивно связана с общим трансформатором магнитного потока. Все квантовые ячейки должны находиться в одинаковом резистивном состоянии, что достигается заданием одинакового тока смещения цепочек Ib, превышающего критический ток плеча квантовой ячейки. Ко всем элементам этих цепочек прикладывается одинаковый входной сигнал (магнитный поток). Ток магнитного смещения IM протекает непосредственно по сторонам общего трансформатора, совпадая по направлению с круговым током входного сигнала в одной стороне трансформатора и имея противоположное сигнальному току направление в другой стороне трансформатора.The chain of connected differentially quantum cells is actually two differentially included sequential chains of right and left shoulders of quantum cells (SKIF structures including parallel connected Josephson junctions). Each of these chains is inductively coupled to a common magnetic flux transformer. All quantum cells must be in the same resistive state, which is achieved by setting the same bias current of the chains Ib, exceeding the critical current of the shoulder of the quantum cell. The same input signal (magnetic flux) is applied to all elements of these chains. The magnetic bias current I M flows directly on the sides of the common transformer, coinciding in direction with the circular current of the input signal on one side of the transformer and having a direction opposite to the signal current on the other side of the transformer.

На фиг. 3 показан вид откликов напряжения сверхпроводящей квантовой решетки (т.е. среднее напряжение на сверхпроводящей квантовой решетке, величина которого зависит от величины магнитного потока, создаваемого действующим на СКИФ-структуру магнитным полем), состоящей из двух СКИФ-структур, каждая из которых содержит 10 джозефсоновских контактов с нормированной величиной индуктивностей связи l=0.5:In FIG. Figure 3 shows the type of voltage response of a superconducting quantum lattice (i.e., the average voltage on a superconducting quantum lattice, the magnitude of which depends on the magnitude of the magnetic flux generated by the magnetic field acting on the SCIF structure), consisting of two SCIF structures, each of which contains 10 Josephson contacts with the normalized value of the coupling inductance l = 0.5:

без нагрузки при «критическом» токе смещения Ib=IC (кривая 8);no load at the “critical” bias current Ib = I C (curve 8);

без нагрузки при токе смещения Ib=1.06IC (кривая 9).no load at bias current Ib = 1.06I C (curve 9).

Наиболее оптимальным значением тока смещения является величина Ib=1.06IC, позволяющая достигать линейности отклика до 100…105 дБ при магнитном смещении плеч ячейки 0.65…0.7 квантов магнитного потока Ф0.The most optimal value of the bias current is Ib = 1.06I C , which allows achieving linear response up to 100 ... 105 dB with a magnetic displacement of the cell shoulders of 0.65 ... 0.7 quanta of magnetic flux Ф 0 .

Для случая, когда сверхпроводящая квантовая решетка нагружена на резистивный импеданс Re=10RN (RN - нормальное сопротивление СКИФ-структуры) при том же токе смещения Ib=1.06IC возникает отклонение реально питающих цепочки СКИФ-структур токов I1 и I2 от задаваемых значений. Рассчитанный отклик для этого случая представлен на кривой 10. Уменьшение тока питания позволяет в значительной степени скомпенсировать влияние нагрузки и получить отклик, близкий к отклику, показанному кривой 9, если соотношения между импедансами Re и RN не менее 10.For the case when the superconducting quantum lattice is loaded on the resistive impedance Re = 10R N (R N is the normal resistance of the SKIF structure) at the same bias current Ib = 1.06I C , the current I 1 and I 2 deviate from the real supply chain of the SKIF structures set values. The calculated response for this case is shown in curve 10. A decrease in the supply current makes it possible to significantly compensate for the effect of the load and obtain a response close to the response shown in curve 9 if the ratio between the impedances Re and R N is at least 10.

На фиг. 4 продемонстрировано, как зависят линейности функции отклика напряжения сверхпроводящей квантовой решетки от величины магнитного потока смещения с нормированными индуктивностями связи джозефсоновских контактов l=0.5 при разных амплитудах входного гармонического сигнала, которые соответствуют размаху напряжения на выходе ячейки. При задании магнитного смещения 0.7 для достижения наилучшей линейности, составляющей 70…80 дБ и намного превосходящей линейность преобразования в прототипе изобретения, полный размах отклика простейшей сверхпроводящей квантовой решетки будет составлять примерно 1.4VC.In FIG. Figure 4 demonstrates how the linearity of the response function of the voltage of a superconducting quantum lattice depends on the magnitude of the bias flux with normalized coupling inductances of Josephson contacts l = 0.5 for different amplitudes of the input harmonic signal that correspond to the amplitude of the voltage at the output of the cell. Given a magnetic bias of 0.7 to achieve the best linearity of 70 ... 80 dB and far superior to the linearity of the transformation in the prototype of the invention, the total response range of the simplest superconducting quantum lattice will be approximately 1.4V C.

Высокая линейность (70…80 дБ) характеристик активных устройств на основе сверхпроводящих квантовых решеток обеспечивается высокой линейностью отклика квантовой ячейки, состоящей из двух соединенных дифференциально и смещенных взаимно ротивоположно магнитным потоком δФ (величиной 0.65 Ф0…0.7Ф0) СКИФ-структур, а динамический диапазон может быть существенно увеличен с увеличением числа K квантовых ячеек в решетке. Если DR1 - динамический диапазон одной элементарной квантовой ячейки, то динамический диапазон решетки, содержащей K квантовых ячеек, может достигать величины DR=DR1K1/2. Изменение соотношения между числом последовательно включенных квантовых ячеек и числом джозефсоновских контактов в СКИФ-структуре, включенных параллельно, позволяет изменять выходной импеданс сверхпроводящей квантовой решетки, добиваясь выполнения соотношения Re>10RN. Оценки для радиуса взаимодействия между джозефсоновскими контактами на сигнальной (низкой) частоте позволяют определить оптимальное для максимизации динамического диапазона значение N как 30…40 единиц. Оценки для ожидаемой величины резистивного импеданса нагрузки Re (порядка 50 Ом) позволяют установить, что минимальное количество последовательно соединенных СКИФ-структур в цепочке K составляет 100 единиц.The high linearity (70 ... 80 dB) of the characteristics of active devices based on superconducting quantum gratings is ensured by the high linearity of the response of the quantum cell, which consists of two differentially connected and mutually oppositely opposed magnetic flux δФ (magnitude 0.65 Ф 0 ... 0.7Ф 0 ) SKIF structures, and the dynamic range can be significantly increased with an increase in the number K of quantum cells in the lattice. If DR 1 is the dynamic range of one unit quantum cell, then the dynamic range of the lattice containing K quantum cells can reach DR = DR 1 K 1/2 . Changing the relationship between the number of series-connected quantum cells and the number of Josephson junctions in the SCIF structure connected in parallel allows you to change the output impedance of the superconducting quantum lattice, achieving the relation Re> 10R N. Estimates for the interaction radius between Josephson contacts at the signal (low) frequency allow us to determine the optimal value of N for maximizing the dynamic range as 30 ... 40 units. Estimates for the expected value of the resistive load impedance Re (of the order of 50 Ohms) allow us to establish that the minimum number of series-connected SKIF structures in the K chain is 100 units.

Приведенные выше источники подтверждают обоснованность и актуальность подхода к реализации сверхпроводниковых детекторов. Технологическая применимость: для реализации заявляемого устройства, могут быть использованы материалы, применяемые в криоэлектронной технике и известные специалистам. В качестве подложки, на которой расположены все элементы сверхпроводящей квантовой решетки, могут быть использованы любые стандартные подложки (кремний, сапфир и пр.). В качестве материала для слоя изолятора - оксид алюминия. В качестве материала для сверхпроводящих элементов - ниобий, алюминий, а также нитрид ниобия, ванадий, индий, олово, свинец. Типичные толщины слоев для патентуемой структуры находятся в диапазоне технологически осуществимых для тонкопленочной электроники.The above sources confirm the validity and relevance of the approach to the implementation of superconducting detectors. Technological applicability: for the implementation of the inventive device, materials used in cryoelectronic technology and known to specialists can be used. As a substrate, on which all elements of the superconducting quantum lattice are located, any standard substrates (silicon, sapphire, etc.) can be used. As a material for the insulator layer - aluminum oxide. As a material for superconducting elements - niobium, aluminum, as well as niobium nitride, vanadium, indium, tin, lead. Typical layer thicknesses for the patented structure are in the range technologically feasible for thin-film electronics.

Общая эффективность электрически малых антенн трансформаторного типа зависит от площади трансформатора, коэффициента трансформации потока в квантовые ячейки и числа ячеек в цепочке, которая может располагаться в основном по контуру трансформатора. При этом общее число квантовых ячеек увеличивается пропорционально увеличению периметра трансформатора. Поскольку индуктивность трансформатора (оптимальной квадратной формы) пропорциональна его периметру (стороне квадрата а), то магнитный поток, приложенный к одной квантовой ячейке, растет с увеличением стороны квадратного трансформатора как а. Как следствие, крутизна преобразования магнитной компоненты падающей электромагнитной волны в напряжение на последовательной цепочке квантовых ячеек увеличивается с увеличением стороны а квадратного трансформатора как а 2. При этом динамический диапазон такой антенны, увеличивающийся пропорционально корню квадратному из числа квантовых ячеек, будет увеличиваться с увеличением стороны а как а 0.5. При использовании одной из наиболее освоенных и широко используемых технологий изготовления сверхпроводниковых интегральных схем, которой является ниобиевая технология с плотностью критического тока туннельных джозефсоновских структур 4.5 кА/см2, правила проектирования топологии сверхпроводниковых структур (http://www.hypres.com/wp-content/uploads/2010/11/DesignRules-4.pdf), в том числе доступные размеры составных элементов, позволяют сделать следующие оценки возможного количества квантовых ячеек в антенне. В случае использования чипа размером 5×5 мм2, антенна трансформаторного типа может содержать до 100 дифференциальных ячеек, а на чипе размером 10×10 мм2 - до 200 дифференциальных ячеек.The overall efficiency of electrically small transformer-type antennas depends on the transformer area, the coefficient of transformation of the flux into quantum cells and the number of cells in the chain, which can be located mainly along the transformer circuit. In this case, the total number of quantum cells increases in proportion to the increase in the perimeter of the transformer. Since the inductance of the transformer (optimal square shape) is proportional to its perimeter (side of the square a ), the magnetic flux applied to one quantum cell increases with increasing side of the square transformer as a . As a result, the steepness of the conversion of the magnetic component of the incident electromagnetic wave into voltage across a sequential chain of quantum cells increases with the side a of the square transformer as a 2 . In this case, the dynamic range of such an antenna, increasing in proportion to the square root of the number of quantum cells, will increase with increasing side a as a 0.5 . Using one of the most developed and widely used technologies for manufacturing superconducting integrated circuits, which is niobium technology with a critical current density of Josephson tunnel structures of 4.5 kA / cm 2 , the rules for designing the topology of superconducting structures (http://www.hypres.com/wp- content / uploads / 2010/11 / DesignRules-4.pdf), including the available sizes of the constituent elements, allow us to make the following estimates of the possible number of quantum cells in the antenna. In the case of using a 5 × 5 mm 2 chip, a transformer-type antenna can contain up to 100 differential cells, and on a 10 × 10 mm 2 chip, up to 200 differential cells.

Claims (10)

1. Сверхпроводящая квантовая решетка на основе СКИФ-структур, содержащая две соединенные дифференциально последовательные цепочки СКИФ-структур, включающих параллельно соединенные джозефсоновские контакты и соединительные индуктивности; средство задания магнитного поля смещения, подключенное к сверхпроводящему трансформатору, соединенному индуктивным образом с каждой СКИФ-структурой; средства задания постоянного тока питания и измерения напряжения.1. A superconducting quantum lattice based on SKIF structures, containing two connected differentially sequential chains of SKIF structures, including parallel connected Josephson contacts and connecting inductances; means for setting the bias magnetic field connected to a superconducting transformer inductively coupled to each SKIF structure; means for setting a direct current supply and voltage measurement. 2. Сверхпроводящая квантовая решетка по п. 1, характеризующаяся тем, что число соединенных параллельно джозефсоновских контактов в каждой СКИФ-структуре составляет по меньшей мере 30 единиц.2. The superconducting quantum lattice according to claim 1, characterized in that the number of Josephson junctions connected in parallel in each SKIF structure is at least 30 units. 3. Сверхпроводящая квантовая решетка по п. 1, характеризующаяся тем, что число соединенных последовательно СКИФ-структур в каждой цепочке составляет по меньшей мере 100 единиц.3. The superconducting quantum lattice according to claim 1, characterized in that the number of SCIF structures connected in series in each chain is at least 100 units. 4. Сверхпроводящая квантовая решетка по п. 1, характеризующаяся тем, что количество джозефсоновских контактов в каждой СКИФ-структуре является одинаковым для каждой из цепочек.4. The superconducting quantum lattice according to claim 1, characterized in that the number of Josephson junctions in each SKIF structure is the same for each of the chains. 5. Сверхпроводящая квантовая решетка по п. 1, характеризующаяся тем, что количество СКИФ-структур является одинаковым для каждой из цепочек.5. The superconducting quantum lattice according to claim 1, characterized in that the number of SKIF structures is the same for each of the chains. 6. Сверхпроводящая квантовая решетка по п. 1, характеризующаяся тем, что джозефсоновские контакты выполнены в виде слоистых тонкопленочных структур, содержащих: нижний сверхпроводящий электрод, нанесенный на нижний сверхпроводящий электрод слой изолятора, верхний сверхпроводящий электрод с токоподводами, нанесенный на слой изолятора.6. The superconducting quantum lattice according to claim 1, characterized in that the Josephson contacts are made in the form of layered thin-film structures containing: a lower superconducting electrode, an insulator layer deposited on a lower superconducting electrode, an upper superconducting electrode with current leads, deposited on an insulator layer. 7. Сверхпроводящая квантовая решетка по п. 6, характеризующаяся тем, что в качестве материала нижнего и верхнего сверхпроводящего электрода, сверхпроводящего трансформатора, сверхпроводящих соединений и между джозефсоновскими контактами в СКИФ-структуре, и между СКИФ-структурами в цепочке использован ниобий, алюминий или сплав на основе этих металлов.7. The superconducting quantum lattice according to claim 6, characterized in that niobium, aluminum or an alloy are used as the material of the lower and upper superconducting electrodes, superconducting transformers, superconducting compounds between the Josephson junctions in the SKIF structure and between the SKIF structures in the chain based on these metals. 8. Сверхпроводящая квантовая решетка по п. 6, характеризующаяся тем, что в качестве материала слоя изолятора использован оксид алюминия Al2O3.8. The superconducting quantum lattice according to claim 6, characterized in that the aluminum oxide Al 2 O 3 is used as the material of the insulator layer. 9. Сверхпроводящая квантовая решетка по п. 6, характеризующаяся тем, что толщина нижнего сверхпроводящего электрода и верхнего сверхпроводящего электрода составляет 50-500 нм.9. The superconducting quantum lattice according to claim 6, characterized in that the thickness of the lower superconducting electrode and the upper superconducting electrode is 50-500 nm. 10. Сверхпроводящая квантовая решетка по п. 6, характеризующаяся тем, что толщина слоя изолятора составляет 1-20 нм.10. The superconducting quantum lattice according to claim 6, characterized in that the thickness of the insulator layer is 1-20 nm.
RU2015149223A 2015-11-17 2015-11-17 Superconducting quantum grid on the basis of skif structures RU2620760C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015149223A RU2620760C2 (en) 2015-11-17 2015-11-17 Superconducting quantum grid on the basis of skif structures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015149223A RU2620760C2 (en) 2015-11-17 2015-11-17 Superconducting quantum grid on the basis of skif structures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015149223A RU2015149223A (en) 2017-05-22
RU2620760C2 true RU2620760C2 (en) 2017-05-29

Family

ID=58877836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015149223A RU2620760C2 (en) 2015-11-17 2015-11-17 Superconducting quantum grid on the basis of skif structures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2620760C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US880853A (en) * 1906-08-02 1908-03-03 Thomas Wright Stop-motion and regulator for winding-machines.
RU2325004C1 (en) * 2006-09-27 2008-05-20 Государственное учебно-научное учреждение Физический факультет Московского Государственного университета им. М.В. Ломоносова Shf-amplifier based on high-temperature superconducting quantum interference device (squid)
RU2353051C2 (en) * 2007-06-06 2009-04-20 Государственное учебно-научное учреждение Физический факультет Московского Государственного университета им. М.В. Ломоносова Superconducting wide-band shf amplifier
WO2010042735A2 (en) * 2008-10-09 2010-04-15 D-Wave Systems Inc. Systems, methods and apparatus for measuring magnetic fields

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US880853A (en) * 1906-08-02 1908-03-03 Thomas Wright Stop-motion and regulator for winding-machines.
RU2325004C1 (en) * 2006-09-27 2008-05-20 Государственное учебно-научное учреждение Физический факультет Московского Государственного университета им. М.В. Ломоносова Shf-amplifier based on high-temperature superconducting quantum interference device (squid)
RU2353051C2 (en) * 2007-06-06 2009-04-20 Государственное учебно-научное учреждение Физический факультет Московского Государственного университета им. М.В. Ломоносова Superconducting wide-band shf amplifier
WO2010042735A2 (en) * 2008-10-09 2010-04-15 D-Wave Systems Inc. Systems, methods and apparatus for measuring magnetic fields

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015149223A (en) 2017-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11005024B1 (en) High linearity superconducting radio frequency magnetic field detector
EP0545948B1 (en) High symmetry dc squid system
US6486756B2 (en) Superconductor signal amplifier
Han et al. Demonstration of Josephson effect submillimeter wave sources with increased power
US10998869B2 (en) Superconducting traveling-wave parametric amplifier
US5933001A (en) Method for using a wideband, high linear dynamic range sensor
US6362617B1 (en) Wideband, high dynamic range antenna
CN104198961A (en) SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) magnetic sensor with single operational amplifier
WO2019168721A1 (en) Systems and methods for coupling a superconducting transmission line to an array of resonators
Kornev et al. Array designs for active electrically small superconductive antennas
Stawiasz et al. Noise measurements of series SQUID arrays
Mukhanov et al. Quantum sensitivity: Superconducting quantum interference filter-based microwave receivers
US5600242A (en) Electrically small broadband high linear dynamic range deceiver including a plurality of active antenna elements
Razmkhah et al. A compact high frequency voltage amplifier for superconductor–semiconductor logic interface
Kornev et al. Performance advantages and design issues of SQIFs for microwave applications
RU2620760C2 (en) Superconducting quantum grid on the basis of skif structures
JP6896272B2 (en) Frequency division multiplexing and its design method
RU2325004C1 (en) Shf-amplifier based on high-temperature superconducting quantum interference device (squid)
Liang et al. Superconductive digital instantaneous frequency measurement subsystem
JP5076051B2 (en) Electromagnetic wave detecting element and electromagnetic wave detecting device using the same
RU2353051C2 (en) Superconducting wide-band shf amplifier
Cao et al. Realization of a 2-V Programmable Josephson Junction Array Using Balanced Segmentation Scheme
JP7290660B2 (en) Superconducting quantum interference device
RU2792981C1 (en) JOSEPHSON PARAMETRIC TRAVELING WAVE AMPLIFIER BASED ON bi-SQUIDS
RU2544275C2 (en) Shf-amplifier based on high-temperature squid with four josephson contacts