В Институте радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН методом магнетронного напыления исследователи изготовили пленки нитрида ниобия титана (NbTiN). Там же измерили их проводимость и критическую температуру при постоянном токе. Ученые МФТИ с помощью терагерцового спектрометра определили основные параметры этих пленок: температуру перехода в сверхпроводящее состояние, величину энергетической щели, глубину проникновения магнитного поля и проводимость.
Ранее японские коллеги проводили схожее исследование пленок нитрида ниобия и нитрида ниобия титана. Однако они работали с пленками существенно тоньше, чем необходимо для изготовления электродов сверхпроводниковых линий передачи сигнала в приемных устройствах ТГц-диапазона. Так как по мере увеличения толщины меняется структура пленок, то параметры образцов из одного материала, но с разными толщинами будут заметно отличаться. Важно отметить, что на практике толщина электродов выбирается больше, чем глубина проникновения магнитного поля; в противном случае потери в линии оказываются достаточно велики. Российские ученые изготовили и изучили сверхпроводящие пленки, максимально приближенные по всем параметрам к электродам сверхпроводниковых линий в реальных устройствах.
«Мы хотели определить оптимальные условия изготовления пленок, для этого меняли концентрацию азота в камере магнетрона. Эта концентрация определяет состав пленки и скорость ее роста, что отражается на свойствах. Мы нашли оптимальное значение, которое позволило, с одной стороны, получить пленку с достаточно небольшой глубиной проникновения магнитного поля, с другой стороны — достаточно высокую критическую температуру и проводимость», — говорит Федор Хан, научный сотрудник ИРЭ имени В. А. Котельникова.
Также исследователи применили различные модели для количественного описания свойств сверхпроводниковых пленок на терагерцовых частотах: стандартную модель Маттиса — Бардина, расширенную модель Циммермана (которая учитывает конечное время свободного пробега электронов, неизбежно присутствующих в сверхпроводниках при ненулевой температуре). Кроме того, ученые рассмотрели модель, учитывающую влияние магнитных примесей и структурных неоднородностей в пленках, из-за которых может происходить распад куперовских пар. Выяснилось, что уже модели Циммермана оказывается достаточно для неплохого количественного описания.
«Имеющееся в распоряжении лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ спектроскопическое оборудование позволяет проводить детальное исследование особенностей сверхпроводящего состояния в тонких сверхпроводящих пленках, а также характеризовать на количественном уровне их основные электродинамические параметры на терагерцовых частотах. Последнее особенно важно для разработки приборов и устройств сверхпроводящей электроники следующих поколений», — отмечает Елена Жукова, ведущий научный сотрудник лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ.Благодаря полученным результатам другие научные группы смогут воспроизводить пленки с оптимальными параметрами. Это ускорит разработку устройств сверхпроводниковой электроники.
