Спектр генерации массива джозефсоновских переходов в копланарной линии
Хан Ф.В.1,2, Филиппенко Л.В.1, Фоминский М.Ю.1, Ермаков А.Б.1, Орлов А.П.1, Кошелец В.П.1
1Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
2Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Долгопрудный, Московская обл., Россия

Email: khanfv@hitech.cplire.ru
Поступила в редакцию: 30 апреля 2025 г.
В окончательной редакции: 30 апреля 2025 г.
Принята к печати: 30 апреля 2025 г.
Выставление онлайн: 21 августа 2025 г.
Исследованы спектральные характеристики излучения генератора на основе массива джозефсоновских переходов и оценена возможность его применения в качестве гетеродина в составе сверхпроводникового интегрального приемника. Массив представляет собой 350 последовательно соединенных переходов, встроенных в центральный электрод копланарной линии. Излучение от массива смешивается с возникающими на одиночном туннельном джозефсоновском переходе (гармонический смеситель) высшими гармониками синтезатора (частота 16-19 GHz). Сигнал на разностной частоте (до 800 MHz) выводится на коммерческий спектроанализатор. Естественная ширина линии генерации в лучшей точке составила менее 1 MHz при отношении сигнал-шум 26.3 dB. Оценки ширины линии в рамках модели, учитывающей шумы джозефсоновских переходов, а также тепловые и низкочастотные шумы, находятся в качественном соответствии с экспериментальными результатами. Также во всех точках, где ширина линии не превышает 15 MHz, удалось впервые реализовать режим фазовой автоподстройки частоты к стабильному внешнему синтезатору. Ключевые слова: сверхпроводниковый интегральный приемник, гетеродин, джозефсоновский переход, копланарная линия, шумы, фазовая автоподстройка частоты.
- ALMA Space observatory Website. Available online: https://www.almaobservatory.org/
- Apex Space Telescope Website. Available online: http://www.apex-telescope.org/
- Hershel Space Telescope Website. Available online: https://www.herschel.caltech.edu/
- Вебсайт космической обсерватории "Миллиметрон". Available online: https://millimetron.ru/
- J.R. Tucker, M.J. Feldman. Rev. Modern Phys., 57 (4), 1055 (1985). DOI: 10.1103/RevModPhys.57.1055
- A.R. Kerr, M.J. Feldman, S.-K. Pan, Proceedings of the Eighth International Symposium on Space Terahertz Technology (Cambridge, MA, USA, 1997)
- M. Tinkham Introduction to Superconductivity, 2nd edition (McGraw-Hill, 1996), p. 77
- J.V. Siles, K.B. Cooper, C. Lee, R.H. Lin, G. Chattopadhyay, I. Mehdi. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 8 (6), 596 (2018)
- V.P. Koshelets, S.V. Shitov, A.B. Ermakov, L.V. Filippenko, O.V. Koryukin, A.V. Khudchenko, M.Yu. Torgashin, P.A. Yagoubov, R.W.M. Hoogeveen, O.M. Pylypenko. IEEE Trans. Appl. Supercond., 15 (2), 960 (2005). DOI: 10.1109/TASC.2005.850138
- N.V. Kinev, K.I. Rudakov, L.V. Filippenko, A.M. Baryshev, V.P. Koshelets. Sensors, 20 (24), 7267 (2020). DOI: 10.3390/s20247267
- K.A. Baksheeva, R.V. Ozhegov, G.N. Goltsman, N.V. Kinev, V.P. Koshelets, A. Kochnev, N. Betzalel, A. Puzenko, P.B. Ishai, Yu. Feldman. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 11 (4), 381 (2021). DOI: 10.1109/TTHZ.2021.3066099
- V.P. Koshelets, S.V. Shitov, A.V. Shchukin, L.V. Filippenko, J. Mygind, A.V. Ustinov. Phys. Rev. B, 56 (9), 5572 (1997). DOI: 10.1103/PhysRevB.56.5572
- D.D. Coon, M.D. Fiske. Phys. Rev., 138 (3A), A744 (1965). DOI: 10.1103/PhysRev.138.A744
- A.K. Jain, K.K. Likharev, J.E. Lukens, J.E. Sauvageau. Phys. Reports, 109 (6), 309 (1984). DOI: 10.1016/0370-1573(84)90002-4
- M. Darula, T. Doderer, S. Beuven. Supercond. Sci. Technol., 12 (1), R1 (1999). DOI: 10.1088/0953-2048/12/1/001
- M.А. Galin, I.A. Shereshevsky, N.K. Vdovicheva, V.V. Kurin. Supercond. Sci. Technol., 34 (7), 075005 (2021). DOI: 10.1088/1361-6668/abfd0b
- A. Kawakami, Y. Uzawa, Z. Wang. IEEE Transactions Appl. Supercond., 9 (2), 4554 (1999). DOI: 10.1109/77.784039
- Ф.В. Хан, Л.В. Филиппенко, А.Б. Ермаков, М.Е. Парамонов, М.Ю. Фоминский, Н.В. Кинев, В.П. Кошелец, С.А. Никитов. УФН, 195 (6), 621( 2025). DOI: 10.3367/UFNr.2024.12.039864
- L.V. Filippenko, S.V. Shitov, P.N. Dmitriev, A.B. Ermakov, V.P. Koshelets, J.R. Gao. IEEE Trans. Appl. Supercond., 11 (1), 816 (2001). DOI: 10.1109/77.919469
- V.P. Koshelets, S.V. Shitov, P.N. Dmitriev, A.B. Ermakov, L.V. Filippenko, V.V. Khodos, V.L. Vaks, A.M Baryshev, P.R. Wesselius, J. Mygind. Physica C: Superconductivity, 367 (1), 249 (2002). DOI: 10.1016/S0921-4534(01)01046-2
- D. Mirshekar-Syahkal, J.B. Davies. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 27 (7), 694 (2003). DOI: 10.1109/TMTT.1979.1129703
- D. Rogovin, D.J. Scalapino. Annals Physics, 86 (1), 1 (1974). DOI: 10.1016/0003-4916(74)90430-8
- K.K. Likharev. Dynamics of Josephson junctions and circuits. (Gordon and Breach science publishers, NY., 1986), p. 98