Инновационные методы локального контроля в низкотемпературной и низко-диссипативной наноэлектронике

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-12-00342

НазваниеИнновационные методы локального контроля в низкотемпературной и низко-диссипативной наноэлектронике

Руководитель Храпай Вадим Сергеевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук , Московская обл

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-204 - Нано- и микроструктуры

Ключевые слова шумовая и транспортная спектроскопия и термометрия, однофотонные детекторы, эффект близости, сверхпроводящая спинтроника

Код ГРНТИ29.19.22

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Вклад российской экспериментальной науки в современные наукоемкие технологии, к сожалению, очень мал. К такому положению дел приводит множество факторов, в основном экономических. В то же время, важнейшим фактором является и традиционная оторванность передовых фундаментальных исследований от прикладных разработок. Уже само по себе такое разделение как будто отрицает взаимосвязь инновационных идей, возникших в процессе чисто научного исследования, и их дальнейшего применения в новых поколениях приборов и инструментов. Предлагаемый проект направлен на создание точки роста в ИФТТ РАН, объединяющей усилия высококлассных молодых исследователей из различных научных организация в РФ с передовым опытом работы в смежных областях низкотемпературной и низко-диссипативной наноэлектроники и некоторым опытом прикладных исследований. Предлагаемые в нашем проекте исследования объединены общей целью - разработки инновационной технологии локального контроля электронных конфигураций в низко-температурной низко-диссипативной наноэлектронике. В основе технологии лежат оригинальные разработки коллектива в области локальной шумовой спектроскопии. Реализация трех экспериментальных направлений позволит всесторонне подойти к решению проблемы, отработать не только основную технологию, но и методы независимой проверки получаемых с ее помощью результатов анализа неравновесных электронных конфигураций на наномасштабе. В комплексе, такой подход обеспечивает, на наш взгляд, качество и целостность проекта. Область локальной шумовой спектроскопии и термометрии только начинает развиваться в мире. Реализация проекта позволит закрепить отечественные наработки на уровне лабораторного образца шумового микроскопа, в полном соответствии с мировыми тенденциями и приоритетами научно-технического развития РФ.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Храпай В.С. Quantum Hall Bogoliubov interferometer Physical Review B, PHYSICAL REVIEW B 107, L241401 (2023) (год публикации - 2023)
10.1103/PhysRevB.107.L241401

2. Лакунов И.С., Егоров С.В., Муханова Е.Д.,Батов И.E., Голикова Т.Е., Рязанов В.В. Неравновесные явления в планарных мезоскопических джозефсоновских SNS структурах на основе сверхпроводящего Nb Письма в ЖЭТФ, Письма в ЖЭТФ, том 118, вып. 9, с. 656 – 663 (год публикации - 2023)
10.31857/S123456782321005X

3. Шевчун А.Ф., Прокудина М.Г., Егоров С.В., Тихонов Е.С. МЕТОДИКА ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ ВАН-ДЕР-ВААЛЬСОВЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР «Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования», Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2024, Vol. 18, No. 3, pp. 706–711. © Pleiades Publishing, Ltd., 2024. (год публикации - 2024)
10.1134/S1027451024700344

4. Шпагина Е.В., Тихонов Е.С., Рухсторфер Д, Кобльмюллер Г, Храпай В.С. Fate of the superconducting state in floating islands of hybrid nanowire devices Physical Review B, PHYSICAL REVIEW B 109, L140501 (2024) (год публикации - 2024)
10.1103/PhysRevB.109.L140501

5. Тихонов Е.С., Храпай В.С. Efficient Cooper pair splitting without interactions Physical Review B, PHYSICAL REVIEW B 110, 075429 (2024) (год публикации - 2024)
10.1103/PhysRevB.110.075429

6. Поляк Б.А., Храпай В.С., Тихонов Е.С. What Can we Learn from Nonequilibrium Response of a Strange Metal? Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters (Письма в ЖЭТФ), JETP Letters, 2024, Vol. 119, No. 8, pp. 610–616 (год публикации - 2024)
10.1134/S0021364024600654

Публикации

1. Храпай В.С. Quantum Hall Bogoliubov interferometer Physical Review B, PHYSICAL REVIEW B 107, L241401 (2023) (год публикации - 2023)
10.1103/PhysRevB.107.L241401

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 году опубликованы работы [Tikhonov, Khrapai, Phys. Rev. B 110, 075429 (2024)] и [Shpagina et al, Phys. Rev. B 109, L140501 (2024)], обсуждавшиеся в прошлогоднем отчете. В отчетном году были продолжены исследования в образцах нанопроводов InAs/Al с микронагревателем, а также изготовлена новая серия образцов с нагревателем меньшего размера, для минимизации разогрева тепловой ванны (жидкого 3-гелия) и проведены измерения на этой серии. Обнаружено, что неравновесный поток фононов, частично поглощаемый квазичастицами в сверхпроводнике, представляет собой основной канал влияния разогрева. Показано, что поток фононов характеризуется эффективной температурой, контролируемой в пределах от температуры ванны (0.35 К) до примерно 2К. Вопреки наивным ожиданиям, неравновесные фононы вблизи точки подавления сверхпроводимости в островке транспортным током могут приводить к усилению параметра порядка. Иными словами, при наличии фононного разогрева, величина транспортного тока, требующегося для подавления сверхпроводимости, растет. С помощью аналитических выкладок и численных расчетов в формализме Узаделя показано, что имеет место фононный эффект Элиашберга. Величина эффекта и само его наличие зависят от электронной и фононной температуры, а также от магнитного поля, направленного вдоль оси нанопровода (вдоль пленки сверхпроводника). Параметр распаривания, контролируемый магнитным полем, размывает щелевые особенности сверхпроводника, что в конечном итоге приводит к подавлению эффекта Элиашберга, что и наблюдается в эксперименте. Работы в шумовом СТМ нактнулись на технические трудности, на устранение которых ушло все время. Во-первых, программное обеспечение установки было дополнено удобным пользовательским интерфейсом. Это вывело работу с установкой на новый уровень, поскольку теперь управлять лэндингом (приземлением иглы), сканированием, съемом ВАХ, емкостными сканами, калибровкой шумового тракта можно не обращаясь к исходному коду С++. Во-вторых, для лучшей термализации часть кабелей была заменена на стальные коаксиальные с высокими ВЧ потерями, что позволило добиться рекорда по температуре термометра, установленного на головке шумового СТМ при 4.2К. Была улучшена термализация нагрузочных резисторов, используемых для калибровки шумового тракта. Несмотря на все изменения, к работе шумового тракта остались некоторые вопросы. Научно значимых результатов не получено. Экспериментально исследованы температурные и магнитополевые зависимости дифференциальных вольт-амперных характеристик планарных субмикронных структур S-N/F-S (Al-Cu/Fe-Al) c ферромагнитными инжекторами в условиях инжекции спин-поляризованного тока. Обнаружены особенности в дифференциальной проводимости структур, связанные с эффектом многократного андреевского отражения в сверхпроводящих структурах с ферромагнетиками. Проанализированы вероятные ошибки нашумевшей экспериментальной работы о дробовом шуме в странном металле [Liyang Chen Science 2023]. Проведены численные и аналитические выкладки, позволившие согласовать между собой данные по температурной зависимости и токовой нелинейности сопротивления странного металла YbRh2Si2, а также измерения дробового шума. Обсуждены допущенные авторами ошибки в интерпретации результатов. Из данных дробового шума извлечена длина электрон-фононной релаксации и показано, что вывод о подавлении дробового шума в отсутствии релаксации ошибочен. Работа опубликована в журнале Письма в ЖЭТФ [Polyak et al., JETP Lett. 119, 610 (2024)]. Исследованы туннельные контакты к ВдВ сверхпроводнику NbSe2, возникающие случайным образом при выкладывании флейки материала на золотые площадки. Проведены измерения дробового шума, дельта-Т шума при пропускании тока через омические контакты, а также нелинейный транспорт в NbSe2. Показано, что такие туннельные контакты могут использоваться для транспортной и шумовой спектроскопии неравновесных состояний в ВдВ материалах. Получены оценки сверхпроводящей щели и электрон-фононной длины релаксации.

Публикации

1. Храпай В.С. Quantum Hall Bogoliubov interferometer Physical Review B, PHYSICAL REVIEW B 107, L241401 (2023) (год публикации - 2023)
10.1103/PhysRevB.107.L241401