Переключения сверхпроводящих нанопроводников из NbN в нормальное состояние и обратно на высоких частотах в двухслойных структурах за счет локального нагрева
Гурович Б.А.
1, Голубев Г.Ю.
1, Приходько К.Е.
1,2, Кутузов Л.В.
1, Комаров Д.А.
1, Малиева Е.М.
1, Гончаров Б.В.
1, Гончарова Д.А.
1, Столяров В.Л.
11Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт", Москва, Россия
2Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", Москва, Россия

Email: geolubev@gmail.com
Поступила в редакцию: 7 мая 2025 г.
В окончательной редакции: 7 мая 2025 г.
Принята к печати: 7 мая 2025 г.
Выставление онлайн: 21 августа 2025 г.
Выполнены эксперименты по демонстрации работы единичного элемента устройства из двух гальванически развязанных сверхпроводящих NbN-нанопроводов в разных слоях, в один из которых в месте их пересечения интегрировано сопротивление ~ 1.2 kΩ. Срабатывание устройства (возникновение напряжения на выходе) происходит за счет бесконтактного локального нагрева сверхпроводника теплом, выделяющимся в резистивном участке нанопровода в соседнем слое через слой разделительного диэлектрика. В жидком гелии (4.2 K) на устройство подавались ВЧ сигналы прямоугольной и синусоидальной формы, а также синусоидальные СВЧ сигналы на частотах 1, 4 и 9 GHz. Установлено, что при подаче прямоугольного ВЧ сигнала скорость срабатывания бесконтактного инвертора соответствует частоте ~ 0.83 GHz; при подаче синусоидального сигнала 100 MHz на выходе возникает периодический сигнал удвоенной частоты; при подаче СВЧ сигнала на частотном спектре наблюдаются пики на удвоенной частоте (2, 8 и 18 GHz), что указывает на возможность работы устройства на частотах до 18 GHz. Ключевые слова: NbN-нанопровод, сверхпроводимость, СВЧ, бесконтактный инвертор, процессор, суперкомпьютер, криотрон, "Y-tron", "h-tron".
- R.W. Keyes. Proceedings IEEE, 89 (3), 227 (2001). DOI: 10.1109/5.915372
- V.A. Bespalov, N.A. Dyuzhev, V.Yu. Kireev. Nanobiotechnol. Reports, 17 (1), 24 (2022). DOI: 10.1134/S2635167622010037
- E. Masanet, A. Shehabi, N. Lei, S. Smith, J. Koomey. Science, 367 (6481), 984 (2020). DOI: 10.1126/science.aba3758
- S. Alam, M.S. Hossain, S.R. Srinivasa, A. Aziz. Nature Electron., 6 (3), 185 (2023). DOI: 10.1038/s41928-023-00930-2
- R. Bairamkulov, G. De Micheli. IEEE Circuits Systems Magazine, 24 (2), 16 (2024). DOI: 10.1109/MCAS.2024.3376492
- O.A. Mukhanov. IEEE Transactions Appl. Superconduct., 21 (3), 760 (2011). DOI: 10.1109/TASC.2010.2096792
- J. Ren, G. Tang, F. Wang, S. Li, P. Qu, X. Gao, L.Ying, S. Yang, B. Liu, X. Zhang, X. Gao, W. Peng, Z. Wang. CCF Trans. HPC, 4, 182 (2022). DOI: 10.1007/s42514-022-00114-y
- D.A. Buck. Proc. IRE, 44 (4), 482 (1956). DOI: 10.1109/JRPROC.1956.274927
- V.L. Newhouse, J.W. Bremer. J. Appl. Phys., 30, 1458 (1959). DOI: 10.1063/1.1735362
- K.K. Likharev. Physica C: Superconduct. its Аpplications, 482, 6 (2012). DOI: 10.1016/j.physc.2012.05.016
- Б.А. Гурович, К.Е. Приходько, А.Г. Домантовский, В.Л. Столяров, Д.А. Комаров, Е.А. Кулешова, Л.В. Кутузов. Способ перевода сверхпроводника в элементах логики наноразмерных электронных устройств из сверхпроводящего состояния в нормальное (Патент 2674063 РФ, заявл. 27.03.2018, опубл. 04.12.2018, Бюл. N 34. 13 с.)
- A.N. McCaughan, K.K. Berggren. Nano Lett., 14 (10), 5748 (2014). DOI: 10.1021/nl502629x
- A.N. McCaughan, S.N. Abebe, Q.Y. Zhao, K.K. Berggren. Nano Lett., 16 (12), 7626 (2016). DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03593
- R. Baghdadi, J.P. Allmaras, B.A. Butters, A.E. Dane, S. Iqbal, A.N. McCaughan, E.A. Toomey, Q.Y. Zhao, A.G. Kozorezov, K.K. Berggren. Phys. Rev. Appl., 14 (5), 054011 (2020). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.14.054011
- Q.Y. Zhao, E.A. Toomey, B.A. Butters, A.N. McCaughan, A.E. Dane, S.W. Nam, K.K. Berggren. Supercond. Sci. Technol., 31 (3), 035009 (2018). DOI: 10.1088/1361-6668/aaa820
- Б.А. Гурович, К.Е. Приходько, Л.В. Кутузов, Б.В. Гончаров, Д.А. Комаров, Е.М. Малиева. ФТТ, 64 (10), 1390 (2022). DOI: 10.21883/FTT.2022.10.53079.47HH
- Б.А. Гурович, К.Е. Приходько, Е.А. Кулешова, К.И. Маслаков, Д.А. Комаров. ЖЭТФ, 143 (6), 1062 (2013). DOI: 10.7868/S0044451013060062
- M. Tinkham, J.U. Free, C.N. Lau, N. Markovic. Phys. Rev. B, 68 (13), 134515 (2003). DOI: 10.1103/PhysRevB.68.134515
- Г.Ю. Голубев, К.Е. Приходько, Б.А. Гурович, Д.А. Комаров, Е.М. Малиева, Б.В. Гончаров, Д.А. Гончарова, В.Л. Столяров. ФТТ, 66 (6), 859 (2024). DOI: 10.61011/FTT.2024.06.58237.23HH