Моделирование фликкер-шума в бикристаллических джозефсоновских переходах

Abstract

Calculations of Josephson junction (JJ) IV -curve and response on external electromagnetic radiation in the presence of critical current and normal state resistance 1/ f fluctuations (flicker noise) were performed. The influence of flicker-noise on JJ wide-band and selective detecting characteristics was investigated and compared with the influence of thermal noise. It was shown a qualitative coincidence of high-frequency JJ characteristics in the cases of flicker noise and normal current thermal fluctuations. In the case of flicker noise about 18% enhancement of classical detection frequency band is possible. A JJ oscillation linewidth is about twice greater in the case of flicker noise than in the case of thermal noise at the equal response amplitudes. The results obtained show a possible significant influence of 1/ f fluctuations on high-frequency JJ characteristics.

• Terahertz electronics
• superconductivity
• Josephson junction

Аннотация (на русском)

Моделирование фликкер-шума в бикристаллических джозефсоновских переходах

В работе представлена методика вычислений вольтамперной характеристики джозефсоновского перехода и отклика тока через переход на внешнее электромагнитное излучение в присутствие 1/ f флуктуаций критического тока и сопротивления в нормальном состоянии (фликкер-шума), а также результаты исследования влияния фликкер-шума на детекторные характеристики бикристаллического ДП из YBa ₂Cu ₃O _{7- x} с наклонными осями [001]. Показано, что высокочастотные характеристики джозефсоновского перехода в случае фликкер-шума качественно совпадают с аналогичными характеристиками, полученными для случая тепловых шумов. При этом в первом случае возможно увеличение частотной полосы широкополосного детектирования ДП на ~18%. Из вычислений селективного детекторного отклика следует, что ширина линии генерации ДП в случае фликкер-шума в ~2 раза превосходит соответствующий параметр для случая тепловых шумов при одинаковых амплитудах отклика. Таким образом полученные результаты продемонстрировали возможность существенного влияния фликкер-шумов на высокочастотные характеристики бикристаллических ДП.

For citation

References

1. Лихарев К.К, Ульрих Б.Т. Системы с джозефсоновскими контактами”, М., Изд-во МГУ,1978.
2. Wakai R.T. Van Harlingen D. J. Low-frequency noise and discrete charge trapping in small-area tunnel junction dc SQUID's. Appl. Phys. Lett., V.49, P. 593, 1986.
3. Savo B., Wellstood F.C., Clarke J. Low frequency excess noise in NbAl2O3Nb Josephson tunnel junctions. Appl. Phys. Lett., V.50, P. 1757, 1987.
4. Kawasaki M., Chaudhari P., Gupta A. 1/f Noise in YBa2Cu3O7-d Superconducting Bicrystal Grain-Boundary Junctions. // Phys. Rev. Lett. V. 68, N. 7, P, 1065, 1992
5. Hao L, Macfarlane J C, Pegrum C. M. Excess noise in YBa2Cu3O7-x film grain boundary Josephson junctions and devices. // Supercond. Sci. Technol., V. 9 P. 678, 1996.
6. Liatti M. V., Poppe U., Divin Y.Y. Low-frequency voltage noise and electrical transport in [100]-tilt YBa2Cu3O7-x grain-boundary junctions. // Appl. Phys. Lett. V.88, P. 152504, 2006.
7. Лятти М.В. Детекторные характеристики YBa2Cu3O7-x бикристаллических джозефсоновских переходов с взаимнонаклоненными осями [001] в терагерцовой области частот. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. М. 2006.
8. Kasdin N. J. Discrete Simulation of Colored Noise and Stochastic Processes and 1/fa Power Law Noise Generation. // Proc. of the IEEE, V. 83, N. 5, P. 802 1995.
9. A.V. Oppenheim, R W Shafer. Digital Signal Processing. Prentice Hall, 1975,
10. Павловский В. В. Моделирование электромагнитной резонансной системы с джозефсоновским переходом. // Журнал радиоэлектроники, №3. 2013. URL: http://jre.cplire.ru/jre/mar13/4/text.pdf
11. Павловский В.В., Гундарева И.И., Волков О.Ю., Дивин Ю.Я., Губанков В.Н. Расширение частотного диапазона джозефсоновской импедансной спектроскопии. // Радиотехника и электроника, Т. 58, С. 977, 2013