ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2025, № 2 · РАДИОТЕХНИКА

Особенности спектра массива ниобиевых джозефсоновских контактов, измеренного с помощью высокотемпературного джозефсоновского смесителя

М.А. Галин1, А.И. Елькина1, М.Ю. Левичев1, Д.В. Мастеров1, А.Е. Парафин1, Л.С. Ревин1,2

1 Институт физики микроструктур РАН, Россия
2 Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, Нижний Новгород, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2025.2.4 УДК 538.945 EDN VALFVJ

Аннотация

Выполнены спектральные измерения массива ниобиевых джозефсоновских контактов сверхволновых размеров с помощью супергетеродинного приёмника со смесителем на основе высокотемпературного бикристаллического перехода. Массив изготовлен на кремниевой подложке и состоит из 9996 последовательно соединенных переходов Nb/NbSi/Nb, размещённых на параллельных однополосковых линиях длиной 7.1 мм. Смесителем в приёмнике являлся джозефсоновский переход, образованный плёнкой YBaCuO на бикристаллической границе подложки Zr1- x Y x O2. Спектральные измерения проводились в частотных диапазонах 150-180 ГГц и 225-250 ГГц. Целью работы являлось исследование влияния на спектральную линию джозефсоновской генерации некоторых факторов внешней электрической цепи: типа источника питания и уровня технических шумов. Обнаружено существенное уменьшение ширины линии с ~ 10 МГц до 0.5-0.8 МГц при подключении массива к автономному источнику напряжения вместо источника тока и минимизации технических шумов. Наблюдалось смещение спектральной частоты линии от усреднённой по массиву джозефсоновской частоты, что объясняется особенностями синхронизации джозефсоновских контактов в больших массивах.

  • массив джозефсоновских контактов
  • синхронизация
  • спектр
  • ВТСП
  • бикристаллический джозефсоновский переход
Abstract (in English)

Features of the spectrum of a niobium Josephson junction array measured with the use of high-Tc Josephson mixer

Spectral measurements of a niobium Josephson junction arrays with overwavelength dimensions have been performed using a heterodyne receiver with a mixer based on a high- Tc bicrystal transition. The array is fabricated on a silicon substrate and is composed from 9996 series connected Nb/NbSi/Nb junctions embedded to parallel single-strip lines with the length 7.1 mm. The mixer in the receiver is a Josephson junction formed by a YBaCuO film on a bicrystal boundary of Zr1- x Y x O2 substrate. Spectral measurements have been performed in the frequency ranges 150-180 GHz and 225-250 GHz. The aim of the work was the investigation of the influence to the spectral line from some factors of external electrical circuit: the type of power supply and the level of technical noises. Significant decrease of the linewidth from ~ 10 MHz to 0.5-0.8 MHz has been found at the connection of the array to voltage source instead of current source and at the minimizing of technical noises. The shift of spectral frequency from the Josephson one averaged over the array has been observed that is explained by the peculiarities of synchronization of Josephson junctions in large arrays.

Для цитирования

Галин М.А., Елькина А.И., Левичев М.Ю., Мастеров Д.В., Парафин А.Е., Ревин Л.С. Особенности спектра массива ниобиевых джозефсоновских контактов, измеренного с помощью высокотемпературного джозефсоновского смесителя // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – № 2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.2.4

Литература

  1. Darula M., Doderer T., Beuven S. Millimetre and sub-mm wavelength radiation sources based on discrete Josephson junction arrays //Superconductor Science and Technology. - 1999. - V. 12. - №. 1. - P. R1-R25. https://doi.org/10.1088/0953-2048/12/1/001
  2. Kleiner R., Wang H. Terahertz emission from Bi2Sr2CaCu2O8+x intrinsic Josephson junction stacks // Journal of Applied Physics. - 2019. - V. 126. - №. 17. - P. 171101. https://doi.org/10.1063/1.5116660
  3. Лихарев К.К. Введение в динамику джозефсоновских переходов. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1985. - 320 с.
  4. Jain A.K., Likharev K.K., Lukens J.J., Sauvageau J.J. Mutual phase-locking in Josephson junction arrays // Physics Reports. - 1984. - V. 109. - №. 6. - P. 309-426. https://doi.org/10.1016/0370-1573(84)90002-4
  5. Mueller F., Behr R., Weimann T., Palafox L., Olaya D., Dresselhaus P.D., Benz S.P. 1 V and 10 V SNS programmable voltage standards for 70 GHz // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. - 2009. - V. 19. - №. 3. - P. 981-986. https://doi.org/10.1109/TASC.2009.2017911
  6. Kieler O., Wendisch R., Gerdau R.-W., Weimann T., Kohlmann J., Behr R. Stacked Josephson junction arrays for the pulse-driven AC Josephson voltage standard // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. - 2021. - V. 31. - №. 5. - P. 1100705. https://doi.org/10.1109/TASC.2021.3060678
  7. Galin M.A., Borodianskyi E.A., Kurin V.V., Shereshevskiy I.A., Vdovicheva N.K., Krasnov V.M., Klushin A.M. Synchronization of large Josephson-junction arrays by traveling electromagnetic waves // Physical Review Applied. - 2018. - V. 9. - №. 5. - P. 054032. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.9.054032
  8. Glushkov E.I. Chiginev A.V., Kuzmin L.S., Revin L.S. A broadband detector based on series YBCO grain boundary Josephson junctions // Beilstein Journal of Nanotechnology. - 2022. - V. 13. - №. 1. - P. 325-333. https://doi.org/10.3762/bjnano.13.27
  9. Galin M.A., Kinev N.V., Levichev M.Yu., El'kina A.I., Antonov A.V., Khudchenko A.V., Nazarov G.P., Kurin V.V., Koshelets V.P. Linewidth measurements of a large niobium Josephson junction array // IEEE Trans. Appl. Supercond. - 2024. - V. 34. - №. 3. - P. 1100405. https://doi.org/10.1109/TASC.2023.3337197
  10. Galin M.A., Shereshevsky I.A., Vdovicheva N.K., Kurin V.V. Coherent radiation of active Josephson traveling-wave antennas // Superconductor Science and Technology. - 2021. - V. 34. - №. 7. - P. 075005. https://doi.org/10.1088/1361-6668/abfd0b