Nanoáramkörök rádiófrekvenciás vizsgálata szupravezető induktivitások segítségével
Napjainkban a miniatürizáció fizikai határaihoz érve, egyre nagyobb igény mutatkozik a nanoáramkörökben jelenlévő kvantummechanikai jelenségek megfigyelésére. Sok esetben ezen jelenségek alacsonyfrekvenciás mérések segítségével nem feltérképezhetők, így egyre elterjedtebb a nanoelektronikai karakterizációkat rádiófrekvenciás méréstechnika [1] segítségével kivitelezni.
Jó példa erre a reflektometria, mely során a mintát egy rezgőkör részeként helyezik egy nagyfrekvenciás tápvonal végére, lezárásként [2,3]. Ekkor a mintáról reflektált jel analízisével hatékonyan vizsgálható a minta számos kvantummechanikai jellemzője (amennyiben ezen jellemzők impedancia változást okoznak). A rezgőkör tervezésekor fontos, hogy annak jósági tényezője nagy legyen, ugyanis ez határozza meg a reflektált jelben mérhető rezonancia szélességét, mely végső soron az összeállítás mintára való érzékenységét adja.
Dolgozatomban megmutatom, hogy a jósági tényező növelésének egyik módja lehet, ha hagyományos, parazita ellenállással rendelkező tekercsek helyett szupravezető struktúrákat alkalmazunk, melyek ellenállása bizonyos hőmérséklet alatt eltűnik. További előny, hogy ezen eszközök induktivitása nem a szokásos geometria induktivitásból, hanem a szupravezető anyagok egy speciális tulajdonságából, az úgynevezett kinetikus induktivitásból származik, melynek köszönhetően nagy induktivitással rendelkező áramköri elemek is megvalósíthatók kis méretben.
Kísérleti munkám során először egy NbTiN szupravezető induktivitás sorozat karakterizációját végeztem el, melynek során a mintákban megjelenő kinetikus induktivitás [4,5] jelenségét vizsgáltam nagyfrekvenciás méréstechnikával, alacsonyhőmérsékleti körülmények között. A kapott eredmények összhangban vannak a Bardeen–Cooper–Schrieffer és Ginzburg–Landau elméletekkel.
Kutatásom további részében egy grafén mintán végeztem reflektometriai méréseket, melyek során sikerrel alkalmaztam a karakterizált induktivitás sorozatot a mintához csatolt rezgőkörben.
Irodalom:
[1] D. M. Pozar. Microwave Engineering-4th Edition. Wiley, 2012. ISBN 9780470631553
[2] I. Ahmed et al. Radio-frequency capacitive gate-based sensing. Phys. Rev. Applied 10, 014018, 2018
[3] D. J. Reilly, C. M. Marcus, M.P. Hanson, A.C. Gossard. Fast single-charge sensing with a rf quantum point contact. Appl. Phys. Lett. 91., 162101, 2007
[4] M. Tinkham. Introduction to Superconductivity. Courier Corporation, 2004. ISBN 9780486134727
[5] A. J. Annunziata et al. Tunable superconducting nanoinductors. Nanotechnology 21, 44, 2010
szerző
-
Kalmár Tamás
Fizikus mesterképzési szak (MSc)
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Fülöp Gergő
tudományos munkatárs, Fizika Tanszék