Відділ надпровідних і мезоскопічних структур

Перейти до контакту

Головне меню:

Історія нашого відділу
Вік Відділу співпадає з віком самого Інституту. Він був створений у 1960 році як відділ «Низькотемпературної електроніки». Це було насправді яскраве передбачення. Після того, як Б. Джозефсон винайшов свої славнозвісні ефекти у 1962 році, які відкрили нову еру надпровідної електроніки, молоді дослідники Відділу були першими у світі, хто спромігся безпосередньо виміряти мікрохвильове випромінювання з надпровідного тунельного контакту у 1965 році. Також, перший у СРСР ПС НКВІД-магнітометр було створено тут у 1967 році. Цілу низку результатів світового значення було здобуто талановитими та добре освіченими вченими Відділу за минулі роки. Деякі з них ви знайдете нижче у підрозділах «Найважливіші результати» та «Інші важливі досягнення». Відділ дав початок 10 спеціалізованим відділам за перші 20 років свого існування. Професор Ігор Михайлович Дмитренко, академік Національної Академії наук України, був засновником та першим керівником Відділу до 2000 року, коли він пішов на пенсію. Професор Олександр Миколайович Омельянчук, член-кореспондент Національної Академії наук України, зайняв цю посаду і головував Відділом до червня 2016 року. Далі, продовжуючи працювати, він вирішив передати «факел керівництва» більш молодшому вченому, Сергію Миколайовичу Шевченко, доктору фізико-математичних наук. Нижче ви знайдете результати, що одержані співробітниками Відділу впродовж першого півсторіччя (1960-2010).
Найважливіші результати
Перше експериментальне спостереження електромагнітного випромінювання з джозефсонівського тунельного контакту (нестаціонарний ефект Джозефсону). Було продетектовано випромінювання з тунельного контакту Sn‑SnOx‑Sn потужністю близько 10-14 Вт на частоті 9,8 ГГц (І. К. Янсон, В. М. Свистунов, І. М. Дмитренко, 1965).      
Було експериментально виявлено новий тип інтерференції, яка спричинялася перетворенням змінного транспортного струму у напругу постійного струму у несиметричному інтерферометрі і виявлялася періодичною знакозмінною залежністю від зовнішнього магнітного поля (С. І. Бондаренко, І. М. Дмитренко, 1968).     
Відкриття квантування магнітного потоку у нормальних металах, квантові когерентні ефекти при T > Tc (А. О. Шабло, І. М. Дмитренко, І. О. Кулік, 1969). Осциляції провідності пустотілих Al тонких циліндрів спостерігалися при температурах аж до 8 К (>5Tc ).      
Експериментально виявлено відхилення струм-фазового співвідношення від чисто синусоїдальльного у джозефсонівських точкових контактах при вивченні сходинок Шапіро під дією НВЧ випромінювання. Було запропоновано алгоритм для реконструкції дійсного струм-фазового співвідношення у формі ряду Фур’є для переходів с сильним джозефсонівських зв’язком (І. М. Дмитренко, Ю. Г. Бевза, В. І. Карамушко, 1973).      
Теорія мікроконтактної спектроскопії металів (І. О. Кулік, О. М. Омельянчук, Р. І. Шехтер, 1974-1978). Зареєстровано як відкриття (СССР, 1986, Свідоцтво № 328).
ФНТ 3, 1543 (1977).   
Перші експериментальні спостереження нелінійних властивостей змішаного динамічного стану у тонких плівках, які передбачені теорією Ларкіна-Овчиннікова (І. М. Дмитренко, В. Г. Волоцька, Л. Є. Мусієнко, 1975).      
Перші дослідження чотирьохтермінальних джозефсонівських мікромістків («мікрохрестиків»), що керовані додатковим поперечним чи паралельним транспортним струмом (Ю. Г. Бевза, В. І. Карамушко, 1976-78).   
Побудовано теорію мезоскопічних слабких зв’язків (І. О. Кулік, О. М. Омельянчук, 1978).
ФНТ 3, 945 (1977) [Sov. J. Low Temp. Phys. 3, 840 (1977)], ФНТ 4, 296 (1978) [Sov. J. Low Temp. Phys. 4, 142 (1978)]
Розроблено метод низькотемпературної лазерної скануючої мікроскопії (В. О. Коноводченко, О. П. Журавель, В. Г. Єфременко, Б. Б. Бандурян, О. Г. Сиваков, П. А. Гриб, О. Г. Турутанов, О. М. Глухов, 1986-2016).  
Відкрито новий нерівноважний резистивний стан у широких надпровідних тонких плівках. Введено концепцію «ліній проковзування фази», які є двовимірним аналогом центрів проковзування фази (І. М. Дмитренко, В. Г. Волоцька, О. Г. Сиваков, 1981). Нагороджено Державною премією у 2000 р. як частина ширших досліджень.        
Фазовий перехід з утворенням ЛПФ у однорідній широкій надпровідній стрічці було візуалізовано за допомогою низькотемпературного скануючого лазерного мікроскопа (О. Г. Сиваков, О. М. Глухов, О. М. Омельянчук, 2003).  
Макроскопічне квантове тунелювання (МКТ) та макроскопічне резонансне тунелювання (МРТ) у надпровідному кільці ВЧ НКВІДа з джозефсонівським ScS контактом малих розмірів було продемонстровано експериментально (В. І. Шнирков, В. О. Хлус, Г. М. Цой, І. М. Дмитренко, 1985).
ФНТ 11, 146 (1985) [Sov. J. Low Temp. Phys. 11(2), 77 (1985)]
Явище макроскопічної квантової суперпозиції станів ВЧ НКВІДу з ScS контактом атомних розмірів було виявлено у експерименті (В. І. Шнирков, Г. М. Цой, Д. А. Конотоп, І. М. Дмитренко, 1985-1991). [I. M. Dmitrenko, G. M. Tsoi, V. I. Shnyrkov. Quantum decay of metastable current states of a superconducting interferometer. Proceedings of 2nd All-USSR meeting “Quantum metrology and fundamental physical constants”, NPO VNIIM, Leningrad, 1985, 81. V. I. Shnyrkov, G. M. Tsoi, D. A. Konotop, I. M. Dmitrenko. Anomalous Behaviour of RF-SQUIDs with S-c-S contacts of small area. Proc. of the 4th International Conference SQUID’91 (Sessions on SET and Mesoscopic Devices), Berlin, Fed. Rep. of Germany, June 18-21, 1991, 211-217. ]
Запропоновано концепцію та зроблено перший теоретичний опис новітніх пристроїв зчитування для квантових вимірювань, які засновані на кубіті (rf SQUBID) та кутріті (rf SQUTRID) (В. І. Шнирков, О. Г. Турутанов у співробітництві з колегами з іншого інституту, 2012).  
Вперше експериментально доведено електронне парування у високотемпературному надпровіднику (YBCO) (Б. І. Вєркін, С. І. Бондаренко, В. М. Дмитрієв, В. П. Семиноженко, О. В. Лукашенко, А. О. Шабло, 1987).
[Sov. J. Low Temp. Phys. 13, 568 (1987)]
 
Теоретично досліджено транспорт постійного струму в довгих дифузійних SNS контактах з довільною прозорістю NS інтерфейсів. Сформульовано новий теоретичний підхід до аналізу некогерентного режиму багаторазових андреєвських віддзеркалень в дифузійних структурах у термінах еквівалентної електричної мережі в енергетичному просторі – аналога відомого підходу Клапвійка-Блондера-Тінкхама для балістичних структур. Введено новий елемент теорії "андреєвський резистор",  що заміняє поняття ймовірності андреєвського відбиття для дифузійних структур (Є. В. Безуглий у співпраці з колегами з інституту та зарубіжжя, 2000).   

Інші важливі досягнення

1960-1969
• Розроблено перший в СРСР надпровідний квантовий інтерферометр (НКВІД) (С. І. Бондаренко, І. М. Дмитренко, 1967).
Зроблено перші дослідження джозефсонівських властивостей слабких зв’язків S-N-S і квантових інтерферометрів, які засновано на них (С. І. Бондаренко, І. М. Дмитренко, 1969).

1970-1979
• Вперше досліджено надпровідні полоскові резонатори із одним і двома точковими контактами Джозефсона (С. І. Бондаренко, І. М. Дмитренко, Т. П. Нарбут, 1970).
Теоретичне дослідження термомагнітних та магнітоакустичних розмірних ефектів в проміжному стані надпровідників I роду, що виникають завдяки андреєвському віддзеркаленню квазічасток від міжфазних границь (Є. В. Безуглий, 1971-1979).
Експериментально вперше досліджено рух інтерфейсу нормальний метал-надпровідник під дією малого градієнту температури в надпровідному магнітному порожньому циліндричному екрані та досягнутий повний ефект Мейснера і рекордний магнітний вакуум (С. І. Бондаренко, В. І. Шеремет, 1973).
• Вперше в СРСР виготовлено і досліджено надпровідні тонкі плівки ніобій-германій з найвищою (до 1986 року) критичною температурою (С. І. Бондаренко, М. М. Лобода, 1975).
Дослідження класичної динаміки у квантовому інтерференційному пристрою (ВЧ НКВІДі): гістерезисний та без гістерезисний режими, адіабатичний, рівноважний та неадіабатичний межі, вплив часу релаксації, стохастичні осциляції і хаос, термічні флуктуації, покращення енергетичного розрізнення ВЧ НКВІДу аж до квантової межі, застосування низько- та високотемпературних ВЧ НКВІДів до фізичних експериментів (В. І. Шнирков, Г. М. Цой, В. А. Хлус, Д. А. Конотоп, І. М. Дмитренко, 1975-1982).
Вперше в СРСР розроблено і випробувано в польових умовах трьох компонентний (XYZ) НКВІД-магнітометр для наземних геофізичних робіт (Б. І. Вєркін, С. І. Бондаренко, В. В. Кравченко, Е. А. Голованьов, Є. М. Тільченко, П. П. Павлов, 1977).

1980-1989
Перший прототип низькотемпературного лазерного скануючого мікроскопа (В. А. Коноводченко, О. П. Журавель, В. Г. Єфременко, Б. Б. Бандурян, 1980).
Чисельним розрахунком виявлено та експериментально досліджено механізм обмеження стимуляції надпровідності НВЧ полем у ефекты Еліашберга (Ю. Г. Бевза, В. І. Карамушко, І. М. Дмитренко, О. Г. Турутанов, 1980).
Експериментально відкрито аномальний (нетепловий) гістерезис на вольт-амперних характеристиках тонких гранульованих плівок ванадію як «джозефсонівських середовищ» у магнітних полях (Ю. Г. Бевза, О. Г. Турутанов, 1980).
Передбачення та дослідження електронних колективних мод у нормальних металах та надпровідниках: моди Карлсона-Голдмана, нульового звуку та дифузійної моди, магнітоплазмових та пучкових хвиль, квазіволн та солітонів (Є. В. Безуглий, у співпраці з вченими ФТІНТ, 1981-2011).
Розроблено вперше в СРСР тонкоплівкові багатоконтурні НКВІД-магнітометри і НКВІД-градієнтометри з високою чутливістю і завадостійкістю (С. І. Бондаренко, В. В. Кравченко, Е. А. Голованьов, Е. С. Душечкіна, 1982).
Розроблено і успішно випробувано вперше в світі авіаційний НКВІД-градіометр для геомагнітних досліджень (С. І. Бондаренко, В. В. Кравченко, Е. А. Голованьов, Є. М. Тільченко, В. А. Самарський, Г. В. Безуглая, 1984).
Передбачено зниження дробового шуму у балістичних точкових контактах (І. О. Кулік, О. М. Омельянчук, 1984).
Передбачено ефект електричної поляризації надпровідників завдяки потенціалу Бернуллі (Ю. М. Іванченко, О. М. Омельянчук, 1985).
Експериментально підтверджено теоретичні передбачення впливу кулонівської щілини на стрибкову провідність зі змінною довжиною стрибка та перколяційну природу надпровідного переходу у гранульованих надпровідниках (О. М. Глухов, Н. Я. Фогель, А. О. Шабло, 1985-1986).
Розроблено та теоретично обґрунтовано методи керування координатною чутливістю надпровідної болометричної структури зовнішньою локальною експозицією (В. А. Коноводченко, Б. Б. Бандурян, В. Е. Бутовський, В. Г. Єфременко, О. П. Журавель, В. Ю. Лаврєшин, Г. В. Шустакова, 1986–1991. Авторське свідоцтво 1376851, 1986).
Експериментально вивчено механізми відгуку на електромагнітне випромінювання, болометричні і шумові властивості тонкоплівкових ВТНП структур. Було розроблено критерії оцінки якості ВТНП плівок. Було створено і впроваджено фотодетектори, що базуються на ВТНП мікроболометрах. (Б. Б. Бандурян, І. М. Дмитренко, В. Г. Єфременко, В. Ю. Лаврєшин, Г. В. Шустакова, інші інститутські колеги, 1988–1991).
Розроблено і випробувано вперше в СРСР товстоплівковий ВТНП квантовий інтерферометр постійного струму (С. І. Бондаренко, А. О. Шабло, Є. М. Тільченко, О. В. Лукашенко, 1989).

1990-1999
Експериментальне спостереження взаємодії ліній проковзування фази у широких надпровідних плівках (О. Г. Сиваков, О. П. Журавель, І. М. Дмитренко, В. Г. Волоцька, О. А. Корецька, 1992).
• Було досліджено високотемпературні ВЧ НКВІДи з природними міжзеренними джозефсонівськими контактами. Було створено охолоджувані рідким азотом НКВІДи з рекордною чутливістю 2х10-13 Тл у частотній смузі 1 Гц (Д. А. Конотоп, С. С. Хвостов, В. П. Тимофеєв, 1993).
Було запропоновано новий універсальний механізм 1/f шуму у фрактальних перколяційних плівках, який полягає у пасивній трансформації будь-якої природної флуктуації функцією передачі фрактального типу (О. М. Глухов, І. М. Дмитренко, О. Є. Колінько, 1997).
Теорія переносу заряду в надпровідних ланцюгах з заданою напругою: балістичних контактах атомних розмірів, точкових і плоских дифузійних контактах, андреєвських інтерферометрах. Створення теорії багаторазових андреєвських віддзеркалень в дифузійних структурах - узагальнення теорії Клапвійка-Блондера-Тінкхама (Є. В. Безуглий, у співпраці з вченими ФТІНТ і зарубіжжя, 1997-2014).
Вперше в Україні було розроблено тепловізійні систему, яка базується на охолоджуваному рідким азотом напівпровідниковому детекторі з температурною чутливістю 0,1С, 256x256 елементами, просторовим розрізнення 1,5 мрад, частотою кадрів 1 Гц. Більш ніж 20 екземплярів цієї моделі, які були зроблені у ФТІНТ, все ще успішно використовуються у неруйнуючому тестуванні обладнання, енергозберіганні, медицині, науці та інших галузях (В. Г. Єфременко, Е. Ю. Гордієнко, Г. В. Шустакова, Ю. В. Фоменко, 1998-2009).
Дослідження транспорту у низьковимірних нормальних системах під впливом ядерної спінової поляризації та спін-орбітальної взаємодії. Було запропоновано концепцію структур, які індуковані ядерно-спіновою поляризацією (С. М. Шевченко 1999-2004). Phys. Rev. B 66, 035303 (2002).
Теоретичне дослідження повної статистики переносу заряду в мезоскопічних нормальних і надпровідних структурах, передбачення гігантського дробового шуму в надпровідних переходах під напругою (Є. В. Безуглий, у співпраці з колегами із ФТІНТ та зарубіжжя, 1999-2004).
Дослідження внутрішнього пінінгу та сумірності вихорової ґратки з періодом шарування у Mo/Si та W/Si надпровідних багатошарових структурах (М. Ю. Михайлов, О. І. Юзефович, 1999-2005).

2000-2009
На основі раніш розроблених ВТНП ВЧ НКВІДів створено портативні магнітометри, один з яких впроваджено у Корейському інституті атомної енергетики  (KAERI) для нових методів дефектоскопії конструкційних материалів. (В. П. Тимофеєв у співробітництві із закордонними колегами, 2000).
• Дослідження вигнутих низьковимірних провідников. Було продемонстровано, що ефективний потенціал спотворення істотно впливає на транспорт у наномасштабі (С. М. Шевченко, Ю. О. Колесніченко, 2001) JETP 92, 811 (2001).
Дослідження квантової динаміки потокових та зарядово-потокових кубітів НКВІД-типу: було експериментально впроваджено зарядові кубіти з низьким шумом інтерферометричного типу як транзистор на поодиноких куперовських парах, який замкнуто надпровідним контуром, з джозефсонівською енергією, що порівнянна або більша за зарядову енергію. Було продемонстровано температурні залежності осциляцій Ландау-Зенера і Рабі (В. І. Шнирков із закордонними колегами, 2001-2006).
 Розроблено вперше в Україні трьохканальний ВТНП НКВІД мікроскоп (С. І. Бондаренко, А. О. Шабло, П. П. Павлов, N. Nakagawa, 2002).
Було запропоновано селективні стохастично-резонансні вхідні ланцюги для ВЧ НКВІДів з перестроюваним транспортним струмом 4-термінальним контактом (О. Г. Турутанов, О. М. Омельянчук, В. І. Шнирков, 2002).
• Експериментальне спостереження стохастичного резонансу у перколяційному джозефсонівському середовищі, який відбувається близько до перколяційного порогу (О. М. Глухов, О. Г. Сиваков і закордонні колеги, 2002).
• Перші спостереження ефекту lock-in у Mo/Si та W/Si надґратках і ванадієвих тонких плівках у похилих магнітних полях (М. Ю. Михайлов, О. І. Юзефович, 2002).
Теорія спін-орбітальних ефектів та теплового транспорту в NS структурах в умовах ефекту близькості  (Є. В. Безуглий, у співпраці з колегами із ФТІНТ та зарубіжжя, 2002-2010).
Теорія струмонесучих станів у джозефсонівських переходах між звичайними і незвичайними (d-wave, f-wave) надпровідниками з притиском на ситуацію з тангенціальним транспортним струмом вздовж межі (С. М. Шевченко, Ю. О. Колесніченко, О. М. Омельянчук, 2002-2006) Low Temp. Phys. 30, 213 (2004).
• Перше експериментальне виявлення мікроскопічних джерел мікрохвильових нелінійностей у надпровідниках (О. П. Журавель, 2003).
• Було експериментально реалізовано метод керування координатною чутливістю ВТНП болометра. Зконструйований ВТНП болометричний багатоелементний ІЧ тепловізор з безконтактним зчитуванням теплового поля є альтернативним підходом порівняно з візуалізацією за допомогою матриці у фокальній площині (В. Г. Єфременко, Е. Ю. Гордієнко, Г. В. Шустакова, інші інститутські колеги, 2003-2006).
• Розробка і перша демонстрація просторово-розрізнювального метода для виміру високочастотного фотовідгуку надпровідних пристроїв, який корелює з індуктивними і резистивними змінами у мікрохвильовому імпедансі (О. П. Журавель, 2005).
Вперше детально досліджено заморожування локального магнітного поля (ЛЗМП) в ВТНП кераміці. Знайдено значно повільнішу релаксацію магнітного потоку в порівнянні з однорідним ЗМП. Оцінено застосовність ЛЗМП для виявлення однорідності ВТНП зразків (С. І. Бондаренко, А. О. Шабло, В. П. Коверя, Д. Ю. Фомін, 2006).
Одержано точне і повне рішення проблеми джозефсонівського тунельного контакту довільної (але скінченої) довжини у присутності зовнішніх паралельних магнітних полів і транспортних струмів. Було показано, що джозефсонівські вихори існують у довільно малих (але скінчених) тунельних переходах за умовою, що зовнішні магнітні поля є істотно великими, на відміну від поширеного і глибоко закоріненого непорозуміння (С. В. Куплевахський, О. М. Глухов, 2006-2008).
• Було створено надпровідні наноструктури (Tc = 2,5–6,5 К) з різною топологією і розмірністю на основі гетероструктур типу AIVBVI (PbTe/PbS, PbTe/YbS, PbTe/PbSe). Було одержано пряме свідоцтво про інтерфейсну надпровідність у двошарових напівпровідникових гетеростуктурах (О. І. Юзефович, М. Ю. Михайлов, С. В. Бенгус, 2006-2008).
• Було розроблено тепловізійну систему, яка базується на неохолоджуваному мікроболометрі, та створено прототип з чутливою матрицею 384x288, температурною чутливістю 0,06 C, просторовим розділенням 1,0 мрад та частотою кадрів 25 Гц. Дотепер, зроблено і впроваджено кілька екземплярів цієї моделі (Е. Ю. Гордієнко, М. І. Глущук, Ю. В. Фоменко, Г. В. Шустакова, 2007-2012).
• Було експериментально встановлено зріст ефективного потенціалу пінінга на порядок величини і більш на природних дефектах кристалічної ґратки у широкому класі ВТНП різної структури у малих стаціонарних магнітних полях (В. П. Тимофеєв, А. О. Шабло, В. Ю. Монарха, 2009).
Дослідження надпровідних властивостей золь-гель NbN-SiO2 та VN-SiO2 гранульованих плівок з контрольованим розміром гранул (О. І. Юзефович, С. В. Бенгус у співпраці із закордонними колегами, 2010-2012).

Недавні результати
• Пошук ефекту перемикання нелінійності у посиленому надпровідником метаматеріалі  (О. П. Журавель, 2012);
• Запропоновано базову концепцію квантового індукційного пристрою зв’язку (каплера, QUINC), який є надпровідним контуром, що замкнено ScS контактом атомних розмірів, аби запровадити перестроювану взаємодію між двома потоковими кубітами. Було показано, що такий каплер забезпечує велику енергію взаємодії між кубітами, аж до 1 К. (В. І. Шнирков у співпраці з колегами з інших інститутів, 2012).
• Візуалізація анізотропного нелінійного ефекту Мейснера у нодальних тонких плівках надпровідника YBa2Cu3O7-δ (О. П. Журавель, 2013);
• Розробка ультра компактного надпровідного резонатору зі структурою двійної спіралі (О. П. Журавель, 2013);
• Візуалізація когерентного відгуку надпровідної метаповерхні (О. П. Журавель, 2013);
• Перше експериментальне спостереження динамічної перебудови у метаматеріалах, що демонструють прозорість, яка викликана електромагнітним полем (О. П. Журавель, 2013);
• Спостереження перестроюваних магнітним полем і транспортним струмом переходів надпровідник-ізолятор у періодичних наноструктурах, які виникають на інтерфейсі напівпровідникових гетероструктур PbTe/PbS (О. І. Юзефович, С. В. Бенгус, 2013-2016).
• Експериментальне спостереження стохастичного резонансу у багатоямному потенціалі контура ВЧ НКВІДу (О. Г. Турутанов, В. Ю. Ляхно, В. І. Шнирков, 2014)
 
Назад до змісту | Назад до головного меню