ИСТИНА

Проект посвящен исследованию гибридных структур, содержащих сверхпроводниковые и магнитные тонкие слои. Практическое значение проекта состоит в том, что при определенных условиях такие структуры можно использовать в качестве управляемой кинетической индуктивности в составе устройств сверхпроводниковой электроники. В рамках проекта предполагается исследовать оригинальный вариант многослойной структуры, включающую в себя источник сверхпроводимости, спиновый вентиль, а также токонесущий слой из низкоомного металла. Изменение кинетической индуктивности предложенного класса структур достигается за счет управления магнитной подсистемой, что позволяет, например, открывать спиновый вентиль и наводить сверхпроводящие корреляции в токонесущий слой за счет эффекта близости. При этом кинетическая индуктивность системы уменьшится в несколько раз относительно закрытого состояния спинового вентиля. В отличии от аналогичных структур на основе спиновых вентилей для управления кинетической индуктивностью, режим работы такого устройства не связан с подавлением потенциала спаривания в слое источнике, что расширяет рабочий интервал параметров для такой структуры и не приводит к появлению в контуре дополнительной слабой связи. В рамках работ предполагается напыление многослойных структур Nb-Co(1.5)-Nb-Co(2.5)-Nb-Al, измерение резонансной частоты LC-контура на основе данных структур, проведение микроскопического анализа процессов в данных системах, а также исследование возможных применений и эффективности интеграции подобного элемента в схемы сверхпроводниковой электроники. Наличие настраиваемого пассивного элемента в сверхпроводниковых цепях может решить сразу несколько вероятных проблем сверхпроводниковой электроники. С одной стороны, с помощью такого устройства можно будет производить тонкую настройку свойств цепи, например, подстраивать резонансную частоту, не изменяя свойств нелинейных элементов схемы. Данная особенность критически важна для устройств, которым нужно взаимодействовать с несколькими различными объектами на плате. С другой стороны, другие устройства, например, такие как синапсы нейроморфных систем, для своей функциональности требуют именно управляемый линейный элемент, который естественным образом получается на основе управляемой кинетической индуктивности.

The project is dedicated to the study of hybrid structures consisting of superconducting and magnetic thin layers. The practical value of the project is in the possible application of such structures as a controlled kinetic inductance as part of superconducting electronic devices. Within the framework of the project, it is planned to study the original scheme of a multilayer structure, which includes a source of superconductivity, a spin valve, and a current-carrying layer made of low-resistance metal. A change in the kinetic inductance of the proposed class of structures is achieved by magnetization reversal of the magnetic subsystem, which opens the spin valve and leads to induction of superconductivity into the carrier layer due to the proximity effect. In this case, the kinetic inductance of the system will decrease several times relative to the closed state of the spin valve. Unlike similar structures based on spin valves for controlling kinetic inductance, the operating mode of such a device is not associated with the suppression of the pairing potential in the source layer, which expands the operating range of parameters for such a structure and does not lead to the appearance of an additional weak coupling in the circuit. The work involves deposition of Nb-Co(1.5)-Nb-Co(2.5)-Nb-Al multilayer structures, measurement of the resonant frequency of the LC circuit based on these structures, microscopic analysis of the processes in these systems, as well as the study of possible applications and efficiency integration of such an element into the circuits of superconducting electronics. The presence of an efficient controllable passive element in superconducting circuits can solve several probable problems of superconducting electronics at once. On the one hand, with the help of such a device, it will be possible to fine-tune the properties of the circuit, for example, adjust the resonant frequency without changing the properties of the nonlinear elements of the circuit. This feature is critical for devices that need to interact with several different objects on the board. On the other hand, other devices, such as the synapses of neuromorphic systems, for their functionality require precisely a controlled linear element, which is naturally obtained on the basis of a controlled kinetic inductance.

В ходе проекта будет проведено исследование кинетической индуктивности многослойных сверхпроводниковых гибридных структур с магнитным спиновым вентилем. В рамках работ будет изготовлен резонансный контур из многослойной структуры типа Nb-Co(1.5)-Nb-Co(2.5)-Nb-Al, а также исследована его резонансная частота для разных состояний магнитной подсистемы. Также будет проведено микроскопическое моделирование электронного транспорта в соответствующей многослойной структуре. По итогам данных исследований станет понятна эффективность подобного устройства для управления кинетической индуктивностью в цепях сверхпроводниковой электроники. На основе полученных данных мы оценим возможность использования данных структур в сверхпроводниковых цифровых, нейронных, оптических и квантовых схемах. Таким образом по результатам проекта может быть предложен базовый элемент для широкого спектра задач сверхпроводниковой электроники. Использование такого устройства позволило бы значительно сократить количество элементов в схемах, где требуется пассивный управляемый элемент для подстройки собственной частоты контура или силы синаптической связи.

У коллектива имеется значительный задел как в области микроскопического моделирования процессов в структурах, так и в экспериментальной реализации структур, а также дизайна схем на их основе. Руководитель данной заявки Бакурский С.В. и основные исполнители Ружицкий В.И. и Щеголев А.Е. работали в рамках единого коллектива и играли значительную роль при выполнении проектов РНФ 17-12-01079 и РНФ-20-69-47013, что вылилось в ряд совместных работ по разработке новых принципов функционирования сверхпроводниковых цепей электроники [1-3] Бакурский С.В. имеет значительный опыт моделирования как одиночных гибридных структур с точки зрения микроскопической теории, так и систем джозефсоновских переходов в рамках более высокоуровневых моделей. Значительная часть его работ проводилась в сотрудничестве с экспериментальными группами, и его модели были направлены на описание эффектов обнаруженных в сверхпроводниковых гибридных структурах, а также исследованию возможности применимости данных эффектов для создания нового класса устройств сверхпроводниковой электроники. Работы по исследованию свойств многослойной структуры со значительным слоев ниобия и кобальта проводились совместно с А.С. Сидоренко, который также является участником проекта. Он обладает огромным опытом в экспериментальном изготовлении и исследовании гибридных сверхпроводниковых структур [10-14]. В его работах была впервые обнаружена возвратная сверхпроводимость в би-слоях сверхпроводник-ферромагнетик. Кроме того, он обладает огромным опытом в изготовлении и исследовании спиновых вентилей различных типов.