Вышедшие номера
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.
  1. H. Preston-Thomas. Metrologia, 27 (1), 3 (1990). 
  2. A.H. Woodcock. Canad. J. Res. 16 (7), 133 (1938)
  3. R.A. Webb, R.P. Giffard, J.C. Wheatley. J. Low. Temp. Phys., 13, 383 (1973)
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. T.H. Herder, R.O. Olson, J.S. Blakemore.   Rev. Sci. Instrum. 37 (10), 1301 (1966). https://doi.org/10.1063/1.1719964
  8. M. Nahum, J.M. Martinis, S. Castles. J. Low. Temp. Phys., 93, 733 (1993). https://doi.org/10.1007/BF00693504
  9. J. Mees, M. Nahum, P.L. Richards. Appl. Phys. Lett., 59, 2329 (1991)
  10. H. Pothier, S. Gueron, N.O. Birge, D. Esteve, M.H. Devoret. Z. Phys. B, 104, 178 (1997)
  11. M. Nahum, T.M. Eiles, J.M. Martinis. Appl. Phys. Lett., 65, 3123 (1994)
  12. R.A. Webb, R.P. Giffard, J.C. Wheatley. J. Low. Temp. Phys., 13, 383 (1973)
  13. B. Karimi, Y.C. Chang, J.P. Pekola. J. Low. Temp. Phys., 207, 220 (2022)
  14. D. Chouvaev, L. Kuzmin, M. Tarasov. Supercond. Sci. Technol., 12, 985 (1999)
  15. D. Golubev, L. Kuzmin. J. Appl. Phys., 89 (11), 6464 (2001)
  16. М. Маркина, А. Чекушкин, М. Тарасов. ЖТФ, 94 (7), 1079 (2024)
  17. M. Tarasov, A. Gunbina, A. Chekushkin, R. Yusupov, V. Edelman, V. Koshelets. Appl. Sci., 12 (20), 10525 (2022). DOI: 10.3390/app122010525