Лекция 1,2 Введение. Слабые связи.

Понятие о слабой связи Определение: Слабая сверхпроводящая связь – это проводящее соединение между массивными сверхпроводниками (электродами), критический ток которого значительно меньше критического тока электродов и размер которого порядка длины когерентности Слабые связи грубо делятся на 2 класса: -туннельные переходы (переходы туннельного типа) -структуры с непосредственной (нетуннельной) проводимостью (например, мостики)

Типы слабых связей и методики их изготовления

Туннельные структуры 1) S-I-S-туннельная структура Отличие от туннельного контакта в толщине изолятора (I): d I =10-20Å=1-2нм

Туннельные структуры 2) S-I-S ' -туннельная структура. Аналогична 1-ой, только разные сверхпроводники. 3) S-п/п-S-структура. Прослойка из полупроводника. Появляется уже и нетуннельная (а непосредственная) проводимость. 4) S-N-S-структура. Это «туннельная» структура с непосредственной проводимостью. Из-за эффекта близости куперовские пары проникают в нормальный металл на длину когерентности N ~ħv F /kT~ Å (зависит от температуры). Приведенная формула – это просто соотношение неопределенности: E = E /v F ~ħ Т.е. здесь d N (~10 3 Å) может быть значительно больше d I. Чтобы связь была слабой (т.е. чтобы I c был мал), надо d N N. 5) S-S ' -S-структура. Причем Т с '

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Мостик Дайема Обозначается как S-c-S, c=constriction=сужение

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) L~ длина мостика =v F /( )~10 3 Å в обычных металлах w ширина мостика, L, w~0.1-1 мкм Типичная толщина пленки d пленки ~ Å

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Слабость I c из-за сужения, j c – тот же. Называют: структура с концентрацией тока

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Мостик переменной толщины (Лихарева) d мост = Å < d пленка = Å L, w~0.1-1 мкм

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Мостик переменной толщины (Лихарева) L~0.1-1 мкм, w~100 мкм (во всю ширину)

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Точечный контакт r иглы ~1 мкм

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) «Прижимной контакт»

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Микроструктура контакта Типичный размер закороток 1-10 нм Расположены хаотично

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Break-контакт Примерно равно точечному. Ломают в гелии, но не раздвигают

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Мостик на эффекте близости (мостик Нотариса)

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Мостик на эффекте близости (мостик Нотариса)

Структуры с непосредственной проводимостью (нетуннельные) Ионно-имплантированный мостик Имплантация ионов в СП. В поврежденной области может быть N, п/п, S-тип Размеры: L 1 мкм, w 100 мкм

Другие типы Капля Кларка Сечение: В окисном слое (d~10 нм) микрозакоротки Слабость связи за счет сильной концентрации тока (как в точечном контакте)

Другие типы Микроконтакт Янсона (микропрокол) Закоротка диаметром ~ нм. Диэлектрик толстый ( 10 нм), не слабая связь

Другие типы Мостик на торце пленки 1 этап: подготовка торца Пленка: окись или Si. Толщина d~30 нм. Подложка: сапфир. Край резкий (это важно), литографией

Другие типы Мостик на торце пленки 2 этап: напыление сверхпроводника S-сверхпроводник (Nb, Nb 3 Sn, ВТСП) Нет контакта между двумя половинками СП пленки

Другие типы Мостик на торце пленки 3 этап: напыление мостика По горизонтали ширина мостика w~0.1-1 мкм

Другие типы Мостик на торце пленки Вид сверху:

Другие типы Мостик на бикристаллической подложке (ВТСП) Граница = слабая связь в ВТСП. Подложка = бикристалл (разные оси). Пленка «чувствует» разницу и на стыке появляется слабая связь. Мостик – литографией

Другие типы «Разрез»

Системы слабых связей Параллельное соединение двух слабых связей приводит к интерференции токов. Это интерферометр

Системы слабых связей Множественные слабые связи 1. Гранулированная пленка с Джозефсоновскими (слабыми) связями между гранулами 2. Набор шариков (поверхность окислена) 3. ВТСП керамика часто является Дж-системой

Системы слабых связей Множественные слабые связи 4. Делают специальные двумерные цепи (цепочки) слабых связей. До элементов 5. Сетки слабых связей (14 х 2000)

Методики изготовления слабых связей Лабораторные методики 1. Осаждение в вакууме. Для слабых связей туннельного типа (например, S-I-S). Делаются, как и туннельные переходы, но толщина диэлектрика Å. 2. Точечные и прижимные контакты. -Иголка из СП (Nb). Диаметр на конце ~1 мкм (станок, спец. травление, отжиг). -Две проволочки:

Методики изготовления слабых связей Лабораторные методики 3. Скрайбирование (процарапывание). Для мостиков Перерезание пленки поперек (алмазная игла, микроподача)

Методики изготовления слабых связей Литография Пусть мы хотим сделать такую структуру: Из металла на диэлектрической подложке Операция 1: Наносим на подложку пленку металла нужной толщины, затем слой резиста

Методики изготовления слабых связей Литография Операция 2: Через маску экспонируют фоторезист

Методики изготовления слабых связей Литография Операция 3: Проявляют и удаляют неосвещенные участки фоторезиста. Это т.н. негативный фоторезист Может быть и позитивный фоторезист. Тогда удаляются освещенные участки

Методики изготовления слабых связей Литография Операция 5: Удаляют весь фоторезист растворителем

Некоторые параметры слабых связей 1. Эффективная длина L эф Та, где заметно меняется щель

Некоторые параметры слабых связей 2. Грязная (чистая) слабая связь L эф >>l (L эф