ИСТИНА

Проект направлен на разработку программных комплексов для определения оптимальных параметров структуры джозефсоновского перехода с многокомпонентной прослойкой, включающей ферромагнитный слой в области слабой связи, в целях создания сверхпроводниковых спиновых вентилей и магнитной джозефсоновской памяти, совместимой с цепями сверхпроводниковой быстрой одноквантовой логики. Вовлечение в данную работу молодых исследователей и закрепление их в сфере науки также являются приоритетными целями настоящего проекта.

1. Выявлены основные на данный момент подходы к анализу токового транспорта в пространственно неоднородных сверхпроводящих гетероструктурах. 2. Построена модель зарядового транспорта в джозефсоновских гетероструктурах с многокомпонентой областью слабой связи, содержащей ферромагнитные слои, на основе уравнения Узаделя с граничными условиями Куприянова-Лукичева. 3. Проведено патентное исследование, предметом которого являлись способы и методы моделирования характеристик джозефсоновских переходов с магнитными слоями в области слабой связи, способы и методы моделирования характеристик спиновых вентилей и элементов джозефсоновской памяти. 4. Разработан и оптимизирован алгоритм самосогласованного расчета критического тока, ток-фазовой зависимости и других характеристик одномерной джозефсоновской структуры, включающей многокомпонентную прослойку из ферромагнитного, сверхпроводящего и изолирующего слоев. 5. Создан программный комплекс для самосогласованного моделирования характеристик джозефсоновской структуры, включающей многокомпонентную прослойку из ферромагнитного, сверхпроводящего и изолирующего слоев. 6. Разработан и оптимизирован для расчетов на двумерной сетке алгоритм моделирования характеристик джозефсоновской структуры, включающей многокопонентую прослойку из ферромагнитного, нормального и изолирующего слоев в произвольной конфигурации. 7. Создан программный комплекс для моделирования характеристик эффективно двумерной джозефсоновской структуры, включающей многокомпонентную прослойку из ферромагнитного, нормального и изолирующего слоев в произвольной конфигурации. 8. Произведен расчет критического тока SIS'FS структур, позволивший определить область параметров (толщина промежуточного сверхпроводящего слоя в области слабой связи порядка 3ξS, где ξS – длина когерентности в используемых сверхпроводящих материалах), для которой значения произведения абсолютной величины критического тока на нормальное сопротивление ICRN составляет ~2мВ. Такая величина характерного напряжения существенно превышает типичные значения для известных реализаций джозефсоновских пи-контактов. 9. Определена величина обменного поля в SF-структуре исследуемого SIS'FS джозефсоновского перехода (путем сравнения расчетных зависимостей критического тока от приложенного магнитного поля с экспериментальными кривыми), доказывающая возможность управления величиной критического тока такой структуры за счет приложения магнитных полей напряженностью порядка 10Э. 10. Произведен расчет токового транспорта в SIS'FS структуре, позволивший определить толщины S' и F слоев, при которых ток-фазовая зависимость является синусоидальной. Показано, что существенное отклонение ток-фазовой зависимости от синусоидального вида происходит в окрестностях 0-π переходов. 11. Произведен расчет динамических характеристик SIS'FS структуры, показывающий при каких условиях характерное время джозефсоновских процессов при выполнении операций «Запись» и «Считывание» определяется характерным временем SIS контакта (от 30 до 50 пс). 12. Произведен расчет критического тока в джозефсоновских структурах с границей между ферромагнитным и нормальным слоями, ориентированной вдоль направления протекания сверхтока, позволивший определить, при каких параметрах структуры (толщины нормального и ферромагнитного слоев dN~dF >ξN, где ξN – длина когерентности в используемых нормальных материалах) формируются два независимых канала переноса заряда. 13. Произведен расчет ток-фазовой зависимости в джозефсоновских структурах с границей между ферромагнитным и нормальным слоями, ориентированной вдоль направления протекания сверхтока, позволивший сформулировать условия реализации джозефсоновского φ-контакта на основе структур с независимыми каналами токопереноса в нормальном и ферромагнитном слоях. 14. Проведено обобщение и оценка полученных результатов позволившие сформулировать обоснованные рекомендации по созданию (1) элемента памяти на основе SIS'FS структуры, (2) 0-π переключателя с высокой характерной частотой на основе той же SIS'FS структуры, (3) высокочастотного элемента памяти на основе джозефсоновской гетероструктуры с двумя магнитными слоями для защиты от ложных срабатываний; (4) φ-контакта на основе джозефсоновских структур с границей между ферромагнитным и нормальным слоями, ориентированной вдоль направления протекания сверхтока, а также логической ячейки с использованием такого элемента. В частности, наиболее перспективной (с точки зрения создания элемента памяти) простой джозефсоновской гетероструктурой с одним ферромагнитным слоем F в области слабой связи является исследованный в рамках данного проекта SIS’FS переход. Причем толщина промежуточного S’ острова должны быть достаточно велика для того, чтобы параметр порядка (потенциал спаривания) в этой области слабой связи был отличен от нуля. Тогда структура обладает максимально возможным значением абсолютной величины произведения ICRN среди магнитных переходов, и ее использование дает возможность создавать в эксперименте джозефсоновские элементы с малым разбросом параметров. Таким образом, в ходе выполнения Проекта проведены в высокой степени результативные теоретические исследования и получены новые результаты, отвечающие мировому уровню научных исследований. Научно-технические результаты внедрены в образовательный процесс на кафедре атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.