Отдел сверхпроводящих и мезоскопических структур

Главное меню:

Исследования

М. Ю. Михайлов (рук. группы), О. И. Юзефович, С. В. Бенгус

Транспортные явления в наноструктурированных сверхпроводниках

Мы изучаем искусственные слоистые и гранулированные сверхпроводящие системы, состоящие из слоев и гранул низкой размерности

Объекты исследований:

гетероструктуры A^IVB^VI
сверхрешетки металл-изолятор
золь-гель гранулированные пленки

Явления:

внутренний пиннинг и вихревая решетка многослойных структур
крип магнитного потока
переход сверхпроводник-изолятор
аномальный гистерезис ВАХ

Microwave emission from superconducting vortices in Mo/Si multilayers

Most of superconductors in a magnetic field are penetrated by a lattice of quantized flux vortices. In the presence of a transport current causing the vortices to cross sample edges, emission of electromagnetic waves is expected due to the continuity of tangential components of the fields at the surface. Yet, such a radiation has not been observed so far due to low radiated power levels and lacking coherence in the vortex motion. In our recent paper (Nature Communications), we clearly evidence the emission of electromagnetic waves from vortices crossing the layers of a superconductor/insulator Mo/Si superlattice. The emission spectra consist of narrow harmonically related peaks which can be finely tuned in the GHz range by the dc bias current and, coarsely, by the in-plane magnetic field value. Our findings show that superconductor/insulator superlattices can act as dc-tunable microwave generators bridging the frequency gap between conventional radiofrequency oscillators and (sub-)terahertz generators relying upon the Josephson effect.

M.Yu. Mikhailov, O.I. Yuzephovich.

Сверхпроводящие гетероструктуры A^IVB^VI

Структура

Гетероструктуры изготовлены из халькогенидных соединений: PbS, PbSe, PbTe, YbS, YbSe, YbTe, EuS, EuSe, EuTe. Это полупроводники с кристаллической структурой NaCl-типа. Разница в периоде кристаллической решетки автоматически компенсируется путем образования сетки дислокаций несоответствия на интерфейсе между слоями во время приготовления. Период сетки изменяется от 5.2 до 23нм в зависимости от комбинации полупроводников в гетероструктуре.

Проводимость

Если хотя бы один из полупроводников является узкозонным, то упругое напряжение вдоль дислокационных линий приводит к перестройке энергетического спектра носителей заряда: из-за инверсии валентной зоны и зоны проводимости дислокационная сетка приобретает металлические свойства.

Сверхпроводимость

Данные гетероструктуры переходят в сверхпроводящее состояние с критической температурой T_c ≤ 6.5K. Сверхпроводимость свойственна только гетероструктурам, в то время как отдельные слои являются полупроводниками.

Размерность

Размерность и период самоорганизованных интерфейсных наноструктур можно изменять путем выбора типа полупроводников, толщины слоев и их количества. Можно изготовить следующие структуры:

- массивы квантовых точек со слабыми джозефсоновскими связями;

- непрерывные сверхпроводящие сетки;

- квази-3D структуры - многослойные объекты.

Размерность и анизотропию этих сверхпроводящих наноструктур хорошо видно из поведения верхних критических магнитных полей. Сверхрешетки демонстрируют 3D-поведение вблизи T_c, а при понижении температуры наблюдается кроссовер к 2D-поведению. Критические магнитные поля двухслойных гетероструктур более анизотропны - наблюдается переход от 2D- к 1D-поведению. Резкая расходимость в зависимостях перпендикулярных критических магнитных полей является характерным свойством сверхпроводящих наносеток.

Переход сверхпроводник-изолятор

Сверхпроводящая сетка на интерфейсе двухслойных гетероструктур с тонкими слоями не является сплошной и подобна джозефсоновской среде. В этом случае наблюдаются признаки индуцированного магнитным полем квантового перехода сверхпроводник-изолятор. А именно: веерный набор зависимостей R(T), записанных в различных магнитных полях, и пересечение кривых R(B) при разных температурах.

Phys. Rev. B 66, 174513 (2002), Low Temp. Phys 34, 985 (2008), Low Temp. Phys 39, 695 (2013)