ИСТИНА

Проект направлен на теоретическое исследование динамики системы последовательно соединенных связанных джозефсоновских контактов с сильно отличающимися характерными временами изменения фазы. Подобная модель применима для описания систем с магнитными джозефсоновскими контактами, характерное напряжение и быстродействие которых на порядки ниже характеристик туннельных SIS переходов, используемых в схемах одноквантовой логики. Основной упор в рамках исследований планируется сделать на связанную динамику между «быстрым» туннельным и «медленным» магнитным контактом, соединенным последовательно через тонкий сверхпроводящий слой толщиной меньше лондоновской глубины проникновения. В этом случае, проходящий через один из контактов магнитный поток дает дополнительный вклад в изменение фазы связанного перехода. В рамках модельных вычислений планируется исследовать влияние константы связи на характерные динамические параметры системы. Также в рамках работ планируется рассмотреть динамику в системах с джозефсоновскими контактами с нетривиальными ток-фазовыми зависимостями, в том числе приводящими к формированию двух устойчивых по фазе состояний контакта (с разными джозефсоновскими фазами). Наконец, важным ожидаемым результатом является анализ возможности «быстрого» переключения между 0 и пи состоянием за счет эффекта связи между туннельным переходом и магнитным контактом с двумя устойчивыми состояниями.

The project is aimed at a theoretical study of the dynamics of a system of serially connected Josephson junctions with strongly differing characteristic phase-change times. Such a model is applicable to the description of systems with magnetic Josephson junctions, the characteristic voltage and performance of which are orders of magnitude lower than the characteristics of the tunnel SIS transition frequently used in single-flux-quantum logic circuits. The main goal of the research is the study of the coupled dynamics between the "fast" tunnel and the "slow" magnetic contact connected in series through a thin superconducting layer with a thickness less than the London penetration depth. In this case, a magnetic flux passing through one of the contacts will give an additional contribution to the phase of the associated junction. In the framework of model calculations, it is planned to investigate the effects of the coupling constant on the characteristic dynamic parameters of the system. It is also planned to consider dynamics in systems with Josephson junctions with nontrivial current-phase dependences, including those resulting in the formation of two phase-stable contact states. Finally, an important expected result is the study of the possibility of a "fast" switching between 0 and pi state due to the coupling effect between the tunnel junction and the magnetic contact with two stable states

Основным результатом данного исследования должно стать качественное понимание процессов, происходящих в последовательных системах джозефсоновских контактов с различными характерными временами изменения фазы. Этот результат важен для дальнейшего развития электроники на гибридных структурах сверхпроводник-ферромагнетик и возможности их интеграции в цепи одноквантовой логики. В рамках проекта должны быть получены временные зависимости фазы и напряжения на последовательных системах контактов, а также изучено влияние связи между джозефсоновскими переходами на эффективное быстродействие системы. В рамках расчетов динамики системы, включающей 0-пи контакт, будет установлены возможности по переключению системы между 0 и пи состояниями, как за счет перехода в резистивное состояние медленного, так и быстрого контакта, а также будет произведена оценка характерного времени переключения как функции силы связи между джозефсоновскими переходами. Данный результат может продемонстрировать возможность реализации быстрой субквантовой логики на гибридных структурах с составной прослойкой из сверхпроводника, ферромагнетика и диэлектрического слоя.

Коллектив имеет серьезный задел в области задач, связанных с исследованием токового транспорта в джозефсоновских контактах со сложными ток-фазовым соотношения. В ходе выполнения проектов получены серьезные наработки как в аналитическом, так и в численном решении задач об электронном транспорте, в том числе разработаны специализированные алгоритмы для эффективного решения двухмерных самосогласованных задач в рамках уравнений Узаделя и Эйленбергера. Проведен ряд расчетов в рамках резистивной модели, для описания сложных систем джозефсоновских контактов. За последние годы были решены и опубликованы в ведущих мировых журналах следующие задачи: 1) Предложена концепция масштабируемого φ-контакта на основе джозефсоновской структуры с продольным бислоем нормальный метал-ферромагнетик в области слабой связи. [1] В отличии от мировых аналогов, требующих размеров порядка сотен микрон, данная концепция позволяет реализовать φ-контакт с характерным размером порядка сотен нанометров. 2) Впервые построена теория SIsFS контактов со сложной составной прослойкой изолятор-сверхпроводник-ферромагнетик [2-3]. Сформулированы основные режимы работы системы. 3) Исследовано влияние доменной структуры ферромагнетика на свойства джозефсоновского перехода [4-5] 4) Теоретически предсказано явление формирования доменов сверхпроводящей фазы в джозефсоновских контактах со сложной нормально-ферромагнитной прослойкой и тонким электродом. Предложена концепция быстродействующего и энергоэффективного элемента памяти на основе предсказанного эффекта [6]. 5) Изучено явление формирования многозначных ток-фазовых зависимостей в обалсти 0-пи перехода в SIsFS структурах. Показано, что в подобный структуре 0-пи переход может быть скрыт от обнаружения при измерении критического тока, и может быть обнаружен при фазово-чувствительных экспериментах [7]. Данные результаты полностью соответствуют мировому уровню, а в ряде случаев и определяют его.