Термометры на основе НИС переходов диапазона температур 1.5-9.0 K
Российский научный фонд, Конкурс 2023 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, 23-79-10262
Маркина М.А.1,2, Тарасов М.А.1, Юсупов Р.А.1, Хан Ф.В.1,3, Фоминский М.Ю.1, Козулин Р.К.1, Чекушкин А.М.1
1Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
2Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики", Москва, Россия
3Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Долгопрудный, Московская обл., Россия

Email: markina_ma@hitech.cplire.ru
Поступила в редакцию: 13 мая 2025 г.
В окончательной редакции: 13 мая 2025 г.
Принята к печати: 13 мая 2025 г.
Выставление онлайн: 21 августа 2025 г.
Представлены результаты исследования структур на основе туннельных переходов нормальный металл-изолятор-сверхпроводник (НИС) Al/AlOx/Nb и Al/AlN/NbN, в которых роль сверхпроводника выполняет ниобий (Nb) или нитрид ниобия (NbN), способных работать в качестве термометров в диапазоне температур 1.5-10 K. Для формирования туннельных переходов использована технология SNEAP (Selective Niobium Etching and Anodization Process). Получены зависимости отношения дифференциального сопротивления переходов к асимптотическому от температуры тестовых образцов, экспериментальные данные согласуются с теоретической моделью. Измерены значения флуктуационной чувствительности порядка 1 μK/√Hz, близкие к теоретически ожидаемым. Структуры типа нормальный металл-изолятор-сверхпроводник и сверхпроводник-изолятор-нормальный металл-изолятор-сверхпроводник на основе Al и Nb или Al и NbN могут быть использованы в качестве on chip термометров. На основе исследованных структур могут быть разработаны болометры, системы электронного охлаждения, а также термометры на чипах, интегрированные непосредственно в рабочие структуры или размещенные рядом с ними для точного мониторинга тепловых эффектов. Ключевые слова: туннельный переход, термометр, нормальный металл-изолятор-сверхпроводник, цепочки НИС контактов, SNEAP (Selective Niobium Etching and Anodization Process), флуктуационная чувствительность.
- H. Preston-Thomas. Metrologia, 27 (1), 3 (1990).
- A.H. Woodcock. Canad. J. Res. 16 (7), 133 (1938)
- R.A. Webb, R.P. Giffard, J.C. Wheatley. J. Low. Temp. Phys., 13, 383 (1973)
- J. Engert, J. Beyer, D. Drung, A. Kirste, M. Peters. Intern. J. Thermophys., 28, 1800 (2007). https://doi.org/10.1007/s10765-007-0269-9
- J. Qu, S. Benz, H. Rogalla, W.L. Tew, D.M. White, K.L. Zhou. Measurement Sci. Technol., 30 (11), 112001 (2019). DOI: 10.1088/1361-6501/ab3526
- P.M. Berglund, H.K. Collan, G.J. Ehnholm, R.G. Gylling, O.V. Lounasmaa. J. Low. Temp. Phys., 6, 357 (1972). https://doi.org/10.1007/BF00628318
- T.H. Herder, R.O. Olson, J.S. Blakemore. Rev. Sci. Instrum. 37 (10), 1301 (1966). https://doi.org/10.1063/1.1719964
- M. Nahum, J.M. Martinis, S. Castles. J. Low. Temp. Phys., 93, 733 (1993). https://doi.org/10.1007/BF00693504
- J. Mees, M. Nahum, P.L. Richards. Appl. Phys. Lett., 59, 2329 (1991)
- H. Pothier, S. Gueron, N.O. Birge, D. Esteve, M.H. Devoret. Z. Phys. B, 104, 178 (1997)
- M. Nahum, T.M. Eiles, J.M. Martinis. Appl. Phys. Lett., 65, 3123 (1994)
- R.A. Webb, R.P. Giffard, J.C. Wheatley. J. Low. Temp. Phys., 13, 383 (1973)
- B. Karimi, Y.C. Chang, J.P. Pekola. J. Low. Temp. Phys., 207, 220 (2022)
- D. Chouvaev, L. Kuzmin, M. Tarasov. Supercond. Sci. Technol., 12, 985 (1999)
- D. Golubev, L. Kuzmin. J. Appl. Phys., 89 (11), 6464 (2001)
- М. Маркина, А. Чекушкин, М. Тарасов. ЖТФ, 94 (7), 1079 (2024)
- M. Tarasov, A. Gunbina, A. Chekushkin, R. Yusupov, V. Edelman, V. Koshelets. Appl. Sci., 12 (20), 10525 (2022). DOI: 10.3390/app122010525