Анотація до роботи:

Ракша В.М. Генерація та детектування НВЧ коливань ланцюжком джозефсонівських контактів ВТНП. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.22 – надпровідність. – Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, м. Київ, 2005 р.

Дисертація присвячена експериментальному дослідженню детектування та генерації НВЧ коливань лінійним ланцюжком симетричних бікристалічних високотемпературних джозефсонівських контактів (ДК), інтегрованих у резонатор поверхневої електромагнітної хвилі (РПХ).

У роботі створено нову електродинамічну систему збудження РПХ, у якій подавлюються паразитні хвилеводні типи коливань. Створено топологію, при якій можливе включення у РПХ ланцюжків бікристалічних ВТНП ДК з великим ступенем інтеграції без суттєвого погіршення його мікрохвильових характеристик. При такій топології можлива синхронізація контактів, що дає можливість для практичного використання ланцюжків ДК. Експериментально досліджено явище детектування НВЧ лінійним ланцюжком ДК, інтегрованих у РПХ у регулярному та позамежному хвилеводах восьмиміліметрового діапазону довжин хвиль. Показана можливість використання лінійного ланцюжка ДК для генерації НВЧ коливань. Експериментально виявлено вплив джозефсонівської генерації з одного ДК та лінійним ланцюжком з 10 ДК, інтегрованих у РПХ, на ВАХ одного ДК та визначено її потужність. Отримано мікрохвильове випромінювання з лінійного ланцюжка з 450 синхронних ДК у лінію передачі з потужністю 0,1 мкВт.

У дисертаційній роботі проведені експериментальні дослідження детектування та генерації НВЧ коливань лінійним ланцюжком (ЛЛ) симетричних бікристалічних високотемпературних джозефсонівських контактів (ДК), інтегрованих у резонатор поверхневої електромагнітної хвилі (РПХ).

1. Створено нову електродинамічну систему збудження РПХ, у якій подавлюються паразитні хвилеводні типи коливань за рахунок включення резонатора у позамежний хвилевід, тому робочий тип коливань РПХ, який зв’язаний з розповсюдженням поверхневої хвилі, завжди виявляється нижнім по частоті. Величина зв’язку РПХ з лінією передачі регулюється відстанню z від РПХ до стику з позамежним хвилеводом. Резонансна частота РПХ визначається його геометричними розмірами та параметрами діелектричної підкладки і при z>1мм не залежить від відстані до стику хвилеводів. У створеній системі збудження зростає добротність резонатора порівняно з добротністю резонатора у стандартно з’єднаних хвилеводах за рахунок збільшення відстані від РПХ до широких стінок хвилеводу, в яких відбуваються основні втрати.

2. Створено топологію, при якій можливе включення у РПХ, який розташований у позамежному хвилеводі, ЛЛ бікристалічних ВТНП ДК з великим ступенем інтеграції без суттєвого погіршення його мікрохвильових характеристик. Це досягається за рахунок паралельних до резонансного розміру РПХ розрізів. ДК у ЛЛ виявляються при цьому включеними послідовно за постійним та паралельно за НВЧ струмами.

3. Виявлено, що у РПХ з інтегрованим лінійним ланцюжком ДК, розміщеним у позамежному хвилеводі, можлива синхронізація контактів, що проявляється у наявності загальної сходинки струму від усіх контактів. Ця обставина дає можливість для практичного використання ланцюжків ДК для створення таких пристроїв, як джозефсонівські генератори, детектори, стандарти напруги та ін.

4. Показано, що залежність висоти нульової сходинки одного ДК та лінійного ланцюжка ДК від частоти опромінення носить резонансний характер, причому резонансні частоти, виміряні по значенню висоти нульової сходинки та по значенню коефіцієнта відбивання, співпадають. Причому, у позамежному хвилеводі кількість резонансів менша, ніж у регулярному хвилеводі.

5. Експериментально досліджено явище детектування НВЧ ЛЛ ДК, інтегрованих у РПХ у регулярному та позамежному хвилеводах восьмиміліметрового діапазону довжин хвиль. Показано, що чутливість детектування ланцюжком ДК, інтегрованих у РПХ, який розміщений у позамежному хвилеводі вища, ніж ланцюжком ДК, інтегрованих у РПХ, який розміщений у регулярному хвилеводі, у зв’язку з тим, що у позамежному хвилеводі добротність резонатора вища, ніж у регулярному. Крім того, чутливість детектування ланцюжком ДК вища, ніж чутливість детектування одним ДК в обох випадках, що пов’язано з тим, що сумарна напруга для ланцюжка ДК більша, ніж для одного ДК.

6. Показана можливість використання ЛЛ ДК для генерації НВЧ коливань. Експериментально виявлено вплив джозефсонівської генерації з одного ДК та ЛЛ з 10 ДК, інтегрованих у РПХ, на ВАХ одного ДК та визначено її потужність. Отримано мікрохвильове випромінювання з ЛЛ з 450 синхронних ДК у лінію передачі з потужністю 0,1 мкВт. Потужність та спектр генерації визначається резонансними властивостями РПХ. Досліджено джозефсонівську генерацію з ЛЛ ДК під дією зовнішнього випромінювання. При цьому потужність виросла (на величину потужності зовнішнього випромінювання), але спектральні характеристики погіршились.

Публікації автора:

1. Мелков Г.А., Іванюта О.М., Прокопенко О.В., Ракша В.М. Напівхвилевий резонатор поверхневої хвилі в позамежному хвилеводі // Вісник КНУ. Серія Фіз.-мат. науки. – 2001. -№4. - C.394-402.

   Кишенко Я.І., Прокопeнко О.В, Іванюта О.М., Ракша В.М. Вплив елементів топології на НВЧ властивості надпровідного резонатора поверхневої хвилі// Вісник КНУ. Серія Радіофізика та електроніка. - 2002 - №4. – C.29-35.

   Іванюта О.М., Кишенко Я.І., Прокопeнко О.В, Ракша В.М. Система збудження джозефсонівських контактів у резонаторі поверхневої хвилі // Укр. фіз. журн.-2002.-Т.47, №6.-С.592-593.

   Іванюта О.М., Прокопeнко О.В., Ракша В.М., Ребіков А.І., Лебідь Є.А., Тягульський С.І. Вплив діелектричних підкладинок на добротність напівхвилевого резонатора поверхневої хвилі // Вісник КНУ. Серія Фіз.-мат. науки.-2002.-№2.-С.328-336.

   Іванюта О.М., Кишенко Я.І., Прокопeнко О.В, Ракша В.М. Детектування НВЧ джозефсонівськими контактами, включеними в резонатор поверхневої хвилі // Вісник КНУ. Серія Радіофізика та електроніка. - 2003 - №5. – C.22-25.

   Іванюта О.М., Ракша В.М., Святченко О.В. Джозефсонівська генерація НВЧ у ланцюжку високотемпературних джозефсонівських контактів // Вісник КНУ. Серія Фіз.-мат. науки.-2003.-№4.-С.331-334.

   Мелков Г.А., Прокопенко О.В., Ракша В.М. Разрежение спектра собственных колебаний резонатора поверхностной волны // Известия ВУЗов “КПИ”. Серія Радиоэлектроника. – 2004. – № 1.– С. 29-31.

   Мелков Г.А., Иванюта А.Н., Клушин А. М., Зигель М., Кишенко Я.И., Малышев В.Ю, Ракша В.Н. СВЧ устройства на основе джозефсоновских гетероструктур субмикронного размера, включенных в резонатор поверхностной волны// II российско-украинский семинар „Нанофизика и наноэлектроника”. – Киев (Украина).– 2000. – С.41-42.

   Melkov G.A., Ivanjuta A.N., Prokopenko O.V., Raksha V.M., Siegel. M., Klushin A.M., Embedding of Josephson junctions in the surface wave resonator in the K-band. // ІV International Symposium “Physics and Engineering of Millimeter and Sub-millimeter Waves”. Kharkov (Ukraine).– 2001. - Vol.2. – P.363-365.

   Kishenko Y.I., Ivanjuta A.N., Prokopenko O.V., Raksha V.M. Some aspects of using of Josephson junctions with the surface wave resonator// „First International Young Scientists Conference On Applied Physics”.– Kiev (Ukraine).– 2001. - P.34-35.

   Melkov G.A., Ivanjuta A.N., Prokopenko O.V., Raksha V.M. Microwave properties of the surface wave resonator in the below-cutoff waveguide// „Modern problems of radio engeneereng, telecommunications and computer science”.– Lviv-Slavsk (Ukraine).– 2002.– P.75-77.

   Ivanyuta O.M., Kishenko Y.I., Lebed E.A., Prokopenko O.V., Raksha V.M. Getting Shapiro’s steps with optimum parameters for HTS Josephson junctions in the surface wave resonator// „Second International Young Scientists Conference On Applied Physics”.–Kiev (Ukraine).– 2002. – Р.42 - 43.

   Ivanyuta O.M., Kishenko Y.I., Prokopenko O.V., Raksha V.M. Symmetric bicrystal high-temperature superconducting Josephson junctions embedded in the surface wave resonator// „SPO Symposium Proceedings (Problems of Optics & High Technology Material Science)”. – Kiev (Ukraine).– 2002. – P.148.

   Ivanyuta O.M., Kishenko Y.I., Malyshev V.Y., Prokopenko O.V., Raksha V.M. The microwave surface impedance characterization of HTS films device// 6th European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS’2003).– Sorrento Napoli (Italy).– 2003.– P.96.

   Raksha V.M., Prokopenko O.V. Microwave detector with embedded Hight-Tc Josephson junctions array// SPO Symposium Proceedings (Problems of Optics & High Technology Material Science).–Kiyv (Ukraine).–2003.– P.182.

   Кишенко Я.И., Пустыльник О.Д., Іванюта А.Н., Ракша В.Н., Грицай А.В. Установка для исследования сверхпроводниковых устройств, созданных на основе резонатора поверхностной волны// Харьковская научная ассамблея ISTFE-15.– Харьков (Украина).– 2003.- C.354-356.

   Ivanyuta O.M., Raksha V.M. Josephson generation of the Josephson junction array embedded in a resonant system// V International Symposium “Physics and Engineering of Millimeter and Sub-millimeter Waves.– Kharkov, (Ukraine). –2004. - Vol.2. – P.400-402.