Вышедшие номера
Сравнительный анализ MKID- и RFTES-детекторов
Соломатов Л.С. 1, Шитов С.В. 1,2,3
1Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС", Москва, Россия
2Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
3Российский квантовый центр (РКЦ), Инновационный центр "Сколково", Москва, Россия
Email: solomatov.ls@misis.ru, sergey3e@gmail.com
Поступила в редакцию: 19 мая 2026 г.
В окончательной редакции: 19 мая 2016 г.
Принята к печати: 19 мая 2026 г.
Выставление онлайн: 14 июля 2026 г.

Выполнен сравнительный анализ технологий MKID и RFTES, каждая из которых пригодна для создания изображающих матриц с большим числом пикселей, благодаря схожей методике считывания на основе высокодобротных СВЧ-резонаторов. Рассмотрены эволюционные изменения данных технологий, а также концептуальные отличия между этими детекторами, включая диапазон рабочих температур, особенности считывания, физическую природу отклика и пороговую чувствительность NEP, при этом за критерий сравнения приняты одинаковые технологические ограничения на сечение структур, используемых в качестве поглотителей. Анализ показывает, что RFTES на основе пленок гафния может достигнуть NEP~1·10-19 W/√Hz при температуре ~300 mK, тогда как MKID с поглотителем из алюминия достигают этого уровня теоретически лишь при охлаждении до ~150 mK. В случае применения пленок гафния для MKID такой порог необходимо снизить до ~60 mK, что является следствием различий в природе собственных шумов для этих двух технологий. Ключевые слова: приемник электромагнитного излучения, технологии MKID и RFTES, сверхпроводник, пленки гафния, СВЧ-резонатор, болометр, СКВИД-усилитель, Noise-equivalent power (NEP), куперовская пара.
  1. П.Д. Насельский, Д.И. Новиков, И.Д. Новиков. Реликтовое излучение (Наука, М., 2003)
  2. K.D. Irwin, G.C. Hilton. Topics Appl. Phys., 99, 63 (2005)
  3. A.D. Semenov, G.N. Gol'tsman, R. Sobolewski. Supercond. Sci. Technol., 15, R1 (2002). DOI: 10.1088/0953-2048/15/4/201
  4. B.S. Karasik, D.E. Prober, A. Sergeev. IEEE Trans. Terahertz Sci. Tech., 1 (1), 97 (2011). DOI: 10.1109/TTHZ.2011.2159560
  5. B.S. Karasik, W.R. McGrath, H.G. LeDuc, M.E. Gershenson. Supercond. Sci. Tecnol., 12, 745 (1999). DOI: 10.1088/0953-2048/12/11/316
  6. P.K. Day, H.G. LeDuc, B.A. Mazin, A. Vayonakis, J. Zmuidzinas. Nature, 425, 817 (2003). DOI: 10.1038/nature02037
  7. B.A. Mazin. Microwave Kinetic Inductance Detectors: In: Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy (Pasadena, California, 2004)
  8. N. Bluzer. J. Appl. Phys., 78, 7340 (1995). DOI: 10.1063/1.360383
  9. J.J.A. Baselmans. J. Low Temperature Phys., 167 (3), 292 (2012)
  10. R.M.J. Janssen, J.J.A. Baselmans, A. Endo, L. Ferrari, S.J.C. Yates, A.M. Baryshev, T.M. Klapwijk. Appl. Phys. Lett., 103, 203503 (2013). DOI: 10.1063/1.4829657
  11. J.J.A.Baselmans, F. Facchin, A. Pascual Laguna, J. Bueno, D.J. Thoen, V. Murugesan, N. Llombart, P. de Visser. A \& A, 665, A17 (2022). DOI: 10.1051/0004-6361/202243840
  12. P.K. Day, N.F. Cothard, C. Albert, L. Foote, E. Kane, B.H. Eom, R.B. Thakur, R.M.J. Janssen, A. Beyer, P.M. Echternach, S. van Berkel, S. Hailey-Dunsheath, T.R. Stevenson, S. Dabironezare, J.J.A. Baselmans, J. Glenn, C.M. Bradford, H.G. Leduc. Phys. Rev. X, 14 (4), 041005 (2024). DOI: 10.1103/PhysRevX.14.041005
  13. P.J. de Visser, J.J.A. Baselmans, P. Diener, S.J.C. Yates, A. Endo, T.M. Klapwijk. J. Low Temp Phys., 167 (3-4), 335 (2012). DOI: 10.1007/s10909-012-0519-5
  14. J. de Visser, J.J.A. Baselmans, J. Bueno, T.M. Klapwijk. 2014 39th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz), 1-2 (2014). DOI: 10.1109/irmmw-thz.2014.6956151
  15. Z. Pan, K.R. Dibert, J. Zhang, P.S. Barry, A.J. Anderson, A.N. Bender, B.A. Benson, T. Cecil, C.L. Chang, R. Gualtieri, J. Li, M. Lisovenko, V. Novosad, M. Rouble, G. Wang, V. Yefremenko. IEEE Transactions on Appl. Supercond., 33 (5), 2400408 (2023). DOI: 10.1109/TASC.2023.3250167
  16. A.V. Sergeev, M.Y. Reizer. Intern. J. Modern Phys. B, 10, 635 (1996). DOI: 10.1142/S021797929600026X
  17. С.В. Шитов. Письма в ЖТФ, 37 (19), 88 (2011)
  18. A. Kuzmin, S.V. Shitov, A. Scheuring, J.M. Meckbach, L.S. Il'in, S. Wuensch, A.A. Ustinov, M. Siegel. IEEE Trans. Terahertz Sci. Tech., 3 (1), 25 (2013). DOI: 10.1109/TTHZ.2012.2236148
  19. S.V. Shitov, A.A. Kuzmin, M. Merker, M. Arndt, S. Wuensch, K.S. Ilin, E.V. Erhan, A.V. Ustinov, M. Siegel. IEEE Trans. Appl. Supercond., 27 (4), 2100805 (2017). DOI: 10.1063/1.4995981
  20. А.В. Меренков, Т.М. Ким, В.И. Чичков, С.В. Калинкин, С.В. Шитов. ФТТ, 64 (10), 1404 (2022). DOI: 10.21883/FTT.2022.10.53081.50HH
  21. A.V. Merenkov, V.I. Chichkov, A.B. Ermakov, A.V. Ustinov, S.V. Shitov. IEEE Transactions Appl. Supercond., 28 (7), (2018). DOI: 10.1109/TASC.2018.2827981
  22. Т.М. Ким, А.В. Меренков, Ан.Б. Ермаков, Л.С. Соломатов, В.И. Чичков, С.В. Шитов. ЖТФ, 93 (7), 995 (2023). DOI: 10.21883/JTF.2023.07.55759.117-23
  23. С.В. Шитов, Т.М. Ким, Л.С. Соломатов, Н.Ю. Руденко, А.В. Меренков, Ан.Б. Ермаков, В.И. Чичков. ЖТФ, 94 (7), 1060 (2024). DOI: 10.61011/JTF.2024.07.58341.168-24
  24. М. Тинкхам. Введение в сверхпроводимость (Атомиздат, М., 1980)
  25. В.В. Шмидт. Введение в физику сверхпроводников (МЦНМО, М., 2000)
  26. J. Zmuidzinas. Phys. Appl. Annual Rev. Condensed Matter Phys., 3, 169 (2012)
  27. F. Giazotto, T.T. Heikkila, A. Luukanen, A.M. Savin, J.P. Pekola. Rev. Modern Phys., 78, 217 (2006). DOI: 10.1103/RevModPhys.78.217
  28. A. Monfardini, L.J. Swenson, A. Bideaud, F.X. Desert, S.J.C. Yates, A. Benoit, A.M. Baryshev, J.J.A. Baselmans, S. Doyle, B. Klein, M. Roesch, C. Tucker, P. Ade, M. Calvo, P. Camus, C. Giordano, R. Guesten, C. Hoffmann, S. Leclercq, P. Mauskopf, K.F. Schuster. A \& A, 521, A29 (2010). DOI: 10.1051/0004-6361/201014727
  29. A. Monfardini, R. Adam, A. Adane, P. Ade, P. Andre, A. Beelen, B. Belier, A. Benovi t, A. Bideaud, N. Billot, O. Bourrion, M. Calvo, A. Catalano, G. Coiffard, B. Comis, A. d'Addabbo, F.-X. Desert, S. Doyle, J. Goupy, C. Kramer, S. Leclercq, J. Macias-Perez, J. Martino, P. Mauskopf, F. Mayet, F. Pajot, E. Pascale, N. Ponthieu, V. Reveret, L. Rodriguez, G. Savini, K. Schuster, A. Sievers, C. Tucker, R. Zylka. J. Low Temp. Phys., 176 (5-6), 787 (2013). DOI: 10.1007/s10909-013-0985-4
  30. S. Masi, P. de Bernardis, A. Paiella, F. Piacentini, L. Lamagna, A. Coppolecchia, P.A.R. Ade, E.S. Battistelli, M.G. Castellano, I. Colantoni. J. Cosmol. Astropart. Phys., 26 (2019). DOI: 10.1088/1475-7516/2019/07/003
  31. P.D. Mauskopf, S. Doyle, P.S. Barry, S. Rowe, A. Bideaud, P. Ade, C. Tucker, E. Castillo-Domi nguez, A. Monfardini, J. Goupy, M. Calvo. J. Low Temp. Phys., 176, 545 (2013). DOI: 10.1007/s10909-013-1069-1
  32. B.J. Dober, P.A.R. Ade, P. Ashton, F.E. Angile, J.A. Beall, D. Becker, K.J. Bradford, G. Che, H.-M. Cho, M.J. Devlin, L.M. Fissel, Ya. Fukui, N. Galitzki, J. Gao, Ch.E. Groppi, S. Hillbrand, G.C. Hilton, J. Hubmayr, K.D. Irwin, J. Klein, J. Van Lanen, D. Li, Zh.-Yu. Li, N.P. Lourie, H. Mani, P.G. Martin, Ph. Mauskopf, F. Nakamura, G. Novak, D.P. Pappas, E. Pascale, F.P. Santos, G. Savini, D. Scott, S. Stanchfield, J.N. Ullom, M. Underhill, M.R. Vissers, D. Ward-Thompson. Proc. SPIE, 9153, 91530H (2014). DOI: 10.1117/12.2054419
  33. A. Giachero, P.K. Day, P. Falferi, M. Faverzani, E. Ferri, C. Giordano, M. Maino, B. Margesin, R. Mezzena, R. Nizzolo, A. Nucciotti, A. Puiu, L. Zanetti. J. Low Temp. Phys., 184 (1-2), 123 (2016). DOI: 10.1007/s10909-015-1441-4
  34. M.R. Vissers, J. Gao, M. Sandberg, Sh.M. Duff, D.S. Wisbey, K.D. Irwin, D.P. Pappas. Appl. Phys. Lett., 102 (23), 232603 (2012). DOI: 10.1063/1.4804286
  35. S.R. Meeker, B.A. Mazin, A.B. Walter, P. Strader, N. Fruitwala, C. Bockstiegel, P. Szypryt, G. Ulbricht, G. Coiffard, B. Bumble, G. Cancelo, T. Zmuda, K. Treptow, N. Wilcer, G. Collura, R. Dodkins, I. Lipartito, N. Zobrist, M. Bottom, J.C. Shelton, D. Mawet, J.C. van Eyken, G. Vasisht, E. Serabyn. Publ. Publ. Astron. Soc. Pac., 130, 065001 (2018). DOI: 10.1088/1538-3873/aab5e7
  36. A.B. Walter N. Fruitwala, S. Steiger, J.I. Bailey III, N. Zobrist, N. Swimmer, I. Lipartito, J.P. Smith, S.R. Meeker, C. Bockstiege. Publ. Astron. Soc. Pacific, 132, 125003 (2020). DOI: 10.1088/1538-3873/abc60f
  37. P. Szypryt, S.R. Meeker, G. Coiffard, N. Fruitwala, B. Bumble, G. Ulbricht, A.B. Walter, M. Daal, C. Bockstiegel, G. Collura, N. Zobrist, I. Lipartito, B.A. Mazin. Opt. Express, 25 (21), 25894 (2017). DOI: 10.1364/OE.25.025894
  38. P. Szypryt, B.A. Mazin, G. Ulbricht, B. Bumble, S.R. Meeker, C. Bockstiegel, A.B. Walter. Appl. Phys. Lett., 109, 151102 (2016)
  39. G. Coiffard, M. Daal, N. Zobrist, N. Swimmer, S. Steiger, B. Bumble, B.A. Mazin. Supercond. Sci. Technol., 33 (7), 07LT02 (2020). DOI: 10.1088/1361-6668/ab8d99
  40. N. Zobrist, G. Coiffard, B. Bumble, N. Swimmer, S. Steiger, M. Daal, G. Collura, A.B. Walter, C. Bockstiegel, N. Fruitwala, I. Lipartito, B.A. Mazin. Appl. Phys. Lett., 115 (21), 213503 (2019). DOI: 10.1063/1.5127768
  41. А.Ф. Андреев. ЖЭТФ, 46 (5), 1823 (1964)
  42. Л.С. Соломатов, А.В. Меренков, С.В. Шитов. ФТТ, 66 (6), 836 (2024). DOI: 10.61011/FTT.2024.06.58233.2HH
  43. Л.С. Соломатов, С.В. Шитов. Материалы XXIV Международного симпозиума " Нанофизика и наноэлектроника", 91 (2025)
  44. A.E. Lowitz, E.M. Barrentine, S.R. Golwala, P.T. Timbie. J. Low Temp. Phys., 176 (3-4), 523 (2014). DOI: 10.1007/s10909-014-1133-5
  45. M.E. Gershenson, D. Gong, T. Sato. Appl. Phys. Lett., 79 (13), 2049 (2001). DOI: 10.1063/1.1407302
  46. M. Yun, J.W. Beeman, R. Bhatia, J.J. Bock, W. Holmes, L. Hustead, T. Koch, J.L. Mulder, A.E. Lange, A.D. Turner, L. Wild. Proc. SPIE., 4855, 136 (2003).