На кафедре атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники создали новые сверхпроводниковые устройства и высокочувствительные антенны

Сотрудники физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова разработали новые сверхпроводниковые устройства. Ученые получили специальные структуры, на основе которых создали высокочувствительные и усиливающие сигнал антенны. Результаты работы были описаны в двух статьях, выпущенных в августе в журнале Superconductor Science and Technology: одна находится в специальном выпуске журнала, а вторая была опубликована в обычном выпуске.

Сверхпроводники — устройства, в которых способность препятствовать прохождению через них электрического тока равна нулю. Разработанные учеными МГУ сверхпроводниковые устройства многоэлементные (состоят из двух и более частей) и интегральные, то есть все части неразрывно связаны между собой. Ученые отмечают, что такие устройства могут использоваться в области цифровой и аналоговой электроники.

«В статье дается обзор наших исследований и достигнутых результатов в области многоэлементных сверхпроводниковых устройств для развития и создания новых средств информационно-телекоммуникационных технологий. Прямым результатом теоретических и экспериментальных исследований была разработка специальных структур, получивших название “сверхпроводящие квантовые решетки” (Superconducting Quantum Arrays)», — рассказал один из авторов статьи Виктор Корнев, доктор физико-математических наук, профессор кафедры атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники отделения ядерной физики физического факультета МГУ.

С помощью разработанных структур ученые создали новые приемные антенны. Это электрически малые антенны, размер которых намного меньше длины волны принимаемого электромагнитного сигнала. Более того, разработанные антенны относятся к активному типу, то есть они осуществляют одновременно и высокочувствительный прием, и усиление полученных сигналов. Физические принципы работы такой антенны основаны на использовании макроскопических квантовых эффектов в сверхпроводниках: явления сверхпроводимости, эффекта Джозефсона, эффекта макроскопической квантовой интерференции.

В отличие от обычных антенн пассивного типа, которые имеют всегда ограниченную, узкую полосу принимаемых частот, разработанные сверхпроводниковые антенны — широкополосные устройства, способные с одинаково высокой чувствительностью принимать сигналы с частотами от нескольких герц до нескольких десятков гигагерц (потенциально даже выше). Ученые отмечают, что одна такая антенна может заменить целый большой набор узкодиапазонах антенн. Физические размеры созданных и исследованных антенных прототипов, размещенных на чипе размером 5х5 мм², составляют от 3х3 до 4х4 мм².

В ходе работы российские ученые выполняли теоретические разработки физических основ, аналитические расчеты, численное моделирование разрабатываемых устройств. Также они разработали послойную топологию тонкопленочных интегральных схем (число пленочных слоев порядка десяти) и выполнили экспериментальное исследование образцов.

«Предложенные и разработанные сверхпроводящие квантовые решетки и активные электрически малые антенны на их основе обладают большим прикладным потенциалом для создания широкополосных высокочувствительных устройств, расширяющих современные возможности приема и обработки сигналов, в том числе для создания широкополосных приемных систем с прямой оцифровкой сигналов», — заключил ученый.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Института квантовой оптики и квантовой информации Австрийской академии наук, Калифорнийского университета, Государственного объединения научных и прикладных исследований (Австралия), американской военно-промышленной компании Northrop Grumman Corporation и из американской научно-технологической компании HYPRES, Inc.