|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Разработка физических основ элементной базы современной сверхпроводниковой электроники и спинтроникиНИР
- Руководитель НИР: Соловьев И.И.
- Участники НИР: Бакурский С.В., Кленов Н.В., Кузнецов А.В., Куприянов М.Ю., Ружицкий В.И., Щеголев А.Е.
- Подразделение: Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына
- Срок исполнения: 15 апреля 2015 г. - 31 декабря 2016 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 15-32-20362 мол_а_вед
- Номер ЦИТИС: 115042910120
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Исследование наноструктур: физика, технологии, применение
- ПН России: Индустрия наносистем
- Направление технологического прорыва России: Стратегические информационные технологии
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.19.22 Физика наноструктур. Низкоразмерные структуры. Мезоскопические структуры
- 29.19.03 Теория конденсированного состояния
- 29.19.29 Сверхпроводники
-
Ключевые слова:
спиновый вентиль
-
Описание:
Целью проекта является разработка физических основ функционирования новых базовых элементов цифровой сверхпроводниковой электроники и спинтроники, а также сверхпроводниковых детекторов для приема (считывания) и обработки информации, отличающихся от своих полупроводниковых аналогов высокой энергоэффективностью, уникальной чувствительностью и (или) быстродействием. Проект сконцентрирован на решении наиболее актуальных задач в области сверхпроводниковых технологий приема и обработки информации – теоретическом исследовании физических основ и моделировании процессов в базовых элементах ячеек памяти, логики и устройств считывания, как на базе традиционной необратимой логики, так и на основе более энергоэффективных концепций обратимых и квантовых вычислений. В частности, предполагается провести исследование электронного транспорта в джозефсоновских гетероструктурах, содержащих сверхпроводящие материалы, диэлектрики, ферромагнетики и нормальные металлы, исследование динамики процессов в распределенных джозефсоновских структурах с учетом флуктуаций и оценку усредненных по времени характеристик джозефсоновских интерферометров. В результате решения сформулированных задач будут получены новые фундаментальные знания в области электронного транспорта в сверхпроводниковых гетероструктурах, будут разработаны и оптимизированы физические принципы конструирования устройств на их основе.
- Добавил в систему: Соловьев Игорь Игоревич
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 15 апреля 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Разработка физических основ элементной базы современной сверхпроводниковой электроники и спинтроники |
| Результаты этапа: 1. Теоретически исследованы свойства SF-NFS-сэндвичей, представляющих собой два сверхпроводящих (S) электрода, разделенных областью слабой связи, состоящей из расположенной на нижнем S-электроде ступеньки из нормального (N) металла толщины dN и нанесенного на нее и оставшуюся свободную поверхность нижнего электрода ферромагнитного (F) слоя толщины dF. В рамках линеаризованных квазиклассических уравнений Узаделя показано, что двумерная задача в области слабой связи может быть сведена к двум одномерным проблемам в ее SFS- и SNFS-сегментах. Рассчитаны возникающие в них пространственные распределения плотности критического тока Jc как функции толщины слоя dF, температуры и величины обменной энергии. 2. На основе структуры SF-NFS-сэндвича предложен компактный спиновый вентиль. Определены зависимости критического тока Ic структуры вентиля от величины вектора намагниченности F-слоя M при различных его направлениях в плоскости контакта. Показано, что их форма существенно зависит как от ориентации M, так и от пространственного распределения Jc. Произведен расчет ток-фазовых соотношений SF-NFS джозефсоновской структуры вентиля для различных значений и направлений намагниченности F-слоя M. 3. Представлен аналитический подход квантово-механического описания процесса перемагничивания натуральных и искусственных атомов в рамках простейшей модели двухуровневой системы с магнитным моментом под воздействием осциллирующего или короткого униполярного импульса магнитного поля на пикосекундных временах. Продемонстрирована возможность селективного перемагничивания сверхпроводящего потокового кубита с помощью одноквантового импульса и предложена перспективная лямбда-схема для реализации этого процесса. Проведено сравнение квантово-механического и классического описания рассматриваемого процесса. 4. Предложена новая базовая ячейка сверхпроводниковых схем для обратимых вычислений со сверхнизким энерговыделением – би-СКВИД с пи-контактом - отличающаяся большей компактностью, энергоэффективностью и простотой топологии по сравнению с аналогами. Проведено численное моделирование динамики и расчет диссипируемой энергии в процессе переключения для предлагаемой ячейки и ее известных аналогов. На основе би-СКВИДа с пи-контактом разработаны конструкции сверхпроводящего сдвигового регистра и инвертора для обратимых вычислений. 5. В рамках уравнения синус-Гордон рассмотрена релятивистская динамика рассеяния солитонов на неоднородностях вынуждающей силы в присутствии термических флуктуаций. Схема сверхпроводящего детектора на баллистических флаксонах была рассмотрена в качестве примера устройства, в котором рассеяние флаксонов используется для квантовых измерений сверхпроводящих кубитов. Динамика солитонов процесса измерения была оптимизирована путем подстройки стартовой и стационарной скорости солитона, а также расположения неоднородностей. Для экспериментальных значений параметров было получено отношения сигнала к шуму выше 100, что свидетельствует о практической применимости обсуждаемой концепции измерений. 6. Предложен аналитический подход расчета отклика ПТ СКВИДа для индуктивности l <~ 1, l = 4 pi e Ic L/h (Ic – критический ток джозефсоновских контактов, L – индуктивность СКВИДа, e – заряд электрона, h – постоянная Планка) в приближении нулевой емкости контактов. Развитая теория позволила получить аналитические выражения для описания формы отклика напряжения СКВИДа и зависимости амплитуды отклика от величины индуктивности, а также рассчитать передаточную функцию и динамическое сопротивление СКВИДа. Для циркулирующего тока в СКВИДе получены аналитические выражения для сверхпроводящего и резистивного состояния. | ||
| 2 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Разработка физических основ элементной базы современной сверхпроводниковой электроники и спинтроники |
| Результаты этапа: | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".