Нитрид ниобия: Ниобий нитрид (азотистый) 99,9% цена, описание, видео и фото как выглядит

Содержание

Атомная энергия. Том 6, вып. 1. — 1959 — Электронная библиотека «История Росатома»

Главная → Указатель произведений

ЭлектроннаябиблиотекаИстория Росатома

Ничего не найдено.

Загрузка результатов…

Закладки

Обложка123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858686 вкл. 187888990919293949596979898 вкл. 199100101102103104105106107108

Увеличить/уменьшить масштаб

По ширине страницы

По высоте страницы

Постранично/Разворот

Поворот страницы

Навигация по документу

Закладки

Поиск в издании

Структура документа

Скопировать текст страницы

(работает в Chrome 42+,
Microsoft Internet Explorer и Mozilla FireFox
c установленным Adobe Flash Player)

Добавить в закладки

Текущие страницы выделены рамкой.

Содержание

ОбложкаОбложка

1Титульные листы

3Содержание

4К сведению авторов

5Статьи

Невский Б. В.

Комплексное использование урановых руд 14

Сакодынский К. И.

Промышленное производство тяжелой воды 21

Сиборг Г. Т.

Последние достижения в области трансплутониевых элементов 34

Кочергин В. П., Орлов В. В.

Длина замедления нейтронов 42

Воскобойников Г. М., Карташов Н. П.

К вопросу о спектрометрических исследованиях γ-излучения естественных излучателей 49

Лейпунский О. И.

Гамма-лучи при атомном взрыве 57

Исаев Б. М., Шальнов М. И.

Измерение тканевой дозы жесткого тормозного излучения 63

Аглинцев К. К., Остромухова Г. П.

Распределение ионизации вдоль пучка γ-излучения и воспроизведение рентгена нормальными ионизационными камерами

67Письма в редакцию

Протопопов А. Н., Селицкий Ю. А., Соловьев С. М.

Сечение деления Am²⁴¹ нейтронами с энергией 14,6 Мэв 68

Рязин П. А., Минервин А.

Б.

К исследованию захвата электронов в режим ускорения в бетатронах и синхротронах 70

Золотов Ю. А., Алимарин И. П.

Выделение Np²³⁹ в радиохимически чистом состоянии с использованием отдачи ядер продуктов деления 71

Попов Н. И.

Влияние излучения на валентное состояние плутония в хлорнокислых растворах 73

Докучаев Я. П., Осипов И. С.

Определение удельной α-активности и периода полураспада U²³³ 74

Докучаев Я. П.

Определение удельной α-активности Pu²³⁹ и Pu²⁴⁰ 74

Аладьев И. Т., Додонов Л. Д., Удалов В. С.

Критические тепловые нагрузки при течении воды в трубах

79Новости науки и техники

В. П.

В Институте ядерной физики Академии наук Узбекской ССР 80

Бершицкий Г.

Вторая сессия Генеральной конференции Международного агентства ио атомной энергии 80

В. А.

План развития ядерной энергетики в Японии

84Материалы для высокотемпературных реакторов

Г. З.

Металлография плутония 87

В. М.

Явление синергизма при экстракции урана 87

Юр. Ч.

Опыты извлечения урана из лигнитов Южной и Северной Дакоты (США) 88

М. К., В. Ш.

Новые месторождения урана 92

М. К.

Месторождения урана и тория в Объединенной Арабской Республике 92

С. Л.

Влияние отходов очистки урановой руды на водоснабжение 94

А. Ж.

Бетоны в технике защиты от излучений 97

С. Л.

Некоторые данные о радиоактивном загрязнении территории Англии в результате аварии в Уиндскейле (10 октября 1957 г.)

99Краткие сообщения

102Справки и библиография

102Термины и определения

102Новая литература

107Список иностранных журналов, используемых Редакцией в разделах «Новости науки и техники» и «Справки и библиография»

107Концевая страница

108Объявление

Обращаясь к сайту «История Росатома — Электронная библиотека»,

я соглашаюсь с условиями использования представленных там материалов.

Правила сайта (далее – Правила)

Общие положения
1. Настоящие правила определяют порядок и условия использования материалов, размещенных на сайте www. biblioatom.ru (далее именуется Сайт), а также правила использования материалов Сайтом и порядок взаимодействия с Администрацией Сайта.
2. Любые материалы, размещенные на Сайте, являются объектами интеллектуальной собственности (объектами авторского права или смежных прав, а также прав на средства индивидуализации). Права Администрации Сайта на указанные материалы охраняются законодательством о правах на результаты интеллектуальной деятельности.
3. Использование материалов, размещенных на Сайте, допускается только с письменного согласия Администрации Сайта или иного правообладателя, прямо указанного на конкретном материале, размещенном на Сайте, или в непосредственной близости от указанного материала.
4. Права на использование и разрешение использования материалов, размещенных на Сайте, принадлежащих иным правообладателям, нежели Администрация Сайта, допускается с разрешения таких правообладателей или в соответствии с условиями, установленными такими правообладателями. Никакое из положений настоящих Правил не дает прав третьим лицам на использование материалов правообладателей, прямо указанных на конкретном материале, размещенном на Сайте, или в непосредственной близости от указанного материала.
5. Настоящие Правила распространяют свое действие на следующих пользователей: информационные агентства, электронные и печатные средства массовой информации, любые физические и юридические лица, а также индивидуальные предприниматели (далее — «Пользователи»).
Использование материалов. Виды использования
1. Под использованием материалов Сайта понимается воспроизведение, распространение, публичный показ, сообщение в эфир, сообщение по кабелю, перевод, переработка, доведение до всеобщего сведения и иные способы использования, предусмотренные действующим законодательством Российской Федерации.
2. Использование материалов Сайта без получения разрешения от Администрации Сайта не допустимо.
3. Внесение каких-либо изменений и/или дополнений в материалы Сайта запрещено.
4. Использование материалов Сайта осуществляется на основании договоров с Администрацией Сайта, заключенных в письменной форме, или на основании письменного разрешения, выданного Администрацией Сайта.
5. Запрещается любое использование (бездоговорное/без разрешения) фото-, графических, видео-, аудио- и иных материалов, размещенных на Сайте, принадлежащих Администрации Сайта и иным правообладателям (третьим лицам).
6. Стоимость использования каждого конкретного материала или выдача разрешения на его использование согласуется Пользователем и Администрацией Сайта в каждом конкретном случае.
7. В случае необходимости использования материалов Сайта, права на которые принадлежат третьим лицам (иным правообладателям, нежели Администрация Сайта, о чем прямо указано на таких материалах либо в непосредственной близости от них), Пользователи обязаны обращаться к правообладателям таких материалов для получения разрешения на использование материалов.
Обязанности Пользователей при использовании материалов Сайта
1. 3.1. При использовании материалов Сайта в любых целях при наличии разрешения Администрации Сайта, ссылка на Сайт обязательна и осуществляется в следующем виде:
  1. в печатных изданиях или в иных формах на материальных носителях Пользователи обязаны в каждом случае использования материалов указать источник – электронная библиотека «История Росатома» (www.biblioatom.ru)
  2. в интернете или иных формах использования в электронном виде не на материальных носителях, Пользователи в каждом случае использования материалов обязаны разместить гиперссылку на Сайт — электронная библиотека «История Росатома» (www.biblioatom.ru), гиперссылка должна являться активной и прямой, при нажатии на которую Пользователь переходит на конкретную страницу Сайта, с которой заимствован материал.
  3. Ссылка на источник или гиперссылка, указанные в пп. 3.1.1 и 3.1.2. настоящих Правил, должны быть помещены Пользователем в начале используемого текстового материала, а также непосредственно под используемым аудио-, видео-, фотоматериалом, графическим материалом Администрации Сайта.
2. Размеры шрифта ссылки на источник или гиперссылки не должны быть меньше размера шрифта текста, в котором используются материалы Сайта, либо размера шрифта текста Пользователя, сопровождающего аудио-, видео-, фотоматериалы и графические материалы Сайта, а также цвет ссылки должен быть идентичен цветам ссылок на Сайте и должен быть видимым Пользователю.
3. Использование материалов с Сайта, полученных из вторичных источников (от иных правообладателей, нежели Администрация Сайта, о чем прямо указано на таких материалах либо в непосредственной близости от них), возможно только со ссылкой на эти источники и, в случае необходимости, установленной такими источниками (правообладателями), — с их разрешения.
4. Не допускается переработка оригинального материала (произведения), взятого с Сайта, в том числе сокращение материала, иная его переработка, в том числе приводящая к искажению его смысла.
Права на материалы третьих лиц, урегулирование претензий
1. Материалы, права на которые принадлежат третьим лицам, размещенные на Сайте, размещены либо с разрешения правообладателя, полученного Администрацией Сайта, либо, в случае, если таковое использование прямо не запрещено правообладателем, в соответствии с Законодательством РФ в информационных целях с обязательным указанием имени автора, материал которого используется, и источника заимствования.
2. В случае, если в обозначении авторства материалов в соответствии с п. 4.1. настоящих Правил содержится ошибка, или в случае использования материала с предполагаемым или реальным нарушением прав третьих лиц, или в иных спорных случаях использования объектов интеллектуальной собственности, размещенных на Сайте, в том числе в случае, когда права третьего лица тем или иным образом нарушаются с использованием Сайта, применяется следующая схема урегулирования претензий третьих лиц к Администрации Сайта:
  1. в адрес Администрации Сайта по электронной почте на адрес info@biblioatom. ru направляется претензия, содержащая информацию об объекте интеллектуальной собственности, права на который принадлежат заявителю и который используется незаконно посредством Сайта или с нарушением правил использования, или иным образом права заявителя как обладателя исключительного права на объект интеллектуальной собственности, размещенный на Сайте, нарушены посредством Сайта, с приложением документов, подтверждающих правомочия заявителя, данные о правообладателе и копия доверенности на действия от лица правообладателя, если лицо, направляющее претензию, не является руководителем компании правообладателя или непосредственно физическим лицом — правообладателем. В претензии также указывается адрес страницы Сайта, которая содержит данные, нарушающие права, и излагается полное описание сути нарушения прав;
  2. Администрация Сайта обязуется рассмотреть надлежаще оформленную претензию в срок не менее 5 (пяти) рабочих дней с даты ее получения по электронной почте. Администрация Сайта обязуется уведомить заявителя о результатах рассмотрения его заявления (претензии) посредством отправки письма по электронной почте на адрес, указанный заявителем, а также направить ответ в письменном виде на адрес, указанный заявителем (в случае неуказания такового адреса отправки, обязательство по предоставлению письменного ответа на претензию с Администрации Сайта снимается). В том числе, Администрация Сайта вправе запросить дополнительные документы, свидетельства, данные, подтверждающие законность предъявляемой претензии. В случае признания претензии правомерной, Администрация Сайта примет все возможные меры, необходимые для прекращения нарушения прав заявителя и урегулирования претензии;
  3. Администрация Сайта в любом случае предпринимает все возможные меры к скорейшему удовлетворению обоснованных претензий третьих лиц и стремиться к максимально скорому урегулированию всех спорных вопросов.
Прочие условия
1. Администрация Сайта оставляет за собой право изменять настоящие Правила в одностороннем порядке в любое время без уведомления Пользователей. Любые изменения будут размещены на Сайте. Изменения вступают в силу с момента их опубликования на Сайте.
2. По всем вопросам использования материалов Сайта Пользователи могут обращаться к Администрации Сайта по следующим координатам: [email protected]
3. Во всем, что не урегулировано настоящими Правилами в отношении вопросов использования материалов на Сайте, стороны руководствуются положениями Законодательства РФ.

СогласенНе согласен

Соединения ниобия Test and Flashcards

Long Term Learning Spaced Repetition

Add to Long Term Learning Desk

Fast learning Repeat this set of flashcards

Preview Test Spell

Play

Match

Show allDifficultFamiliarMasteredStarred

Show all Difficult Familiar Mastered Starred

Review

OriginalAlphabetical

org/Question» data-sort-original=»0″ data-sort-alpha=»Триселенид ниобия»>
Триселенид ниобия
Триселенид ниобия — бинарное неорганическое соединениениобия и селенас формулой NbSe3,тёмно-серые кристаллы.
Пентаэтоксиниобий
Пентаэтоксиниобий — химическое соединение,алкоголят ниобия и этилового спиртас формулой Nb(OC2H5)5,бесцветная жидкость,реагирует с водой.
Фторид ниобия(IV)
Фторид ниобия(IV) — неорганическое соединение, соль металла ниобия и фтористоводородной кислотыс формулой NbF4,чёрные гигроскопичные кристаллы,реагирует с водой.
Оксид ниобия(V)
Оксид ниобия(V) — неорганическое соединение, оксид металла ниобия с формулой Nb2O5, белые тугоплавкие кристаллы, термически устойчивые, не растворимые в воде.
Хлорид ниобия(V)
Хлорид ниобия(V) (пентахлорид ниобия) — это бинарное неорганическое химическое твердое кристаллическое вещество чаще всего желтого цвета.
Оксид ниобия(II)
Оксид ниобия(II) — бинарное неорганическое соединение, окисел металла ниобия с формулой NbO, чёрные кристаллы, не растворимые в воде.
Фторид ниобия(V)
Фторид ниобия(V) — неорганическое соединение, соль металла ниобия и фтористоводородной кислоты с формулой NbF5, бесцветные кристаллы, реагирует с водой.
Карбид ниобия
Карбид ниобия — бинарное неорганическое соединение металла ниобия и углерода с формулой NbС, серые или чёрные кристаллы, не растворимые в воде.
Хлорид ниобия(IV)
Хлорид ниобия(IV) — неорганическое соединение, соль металла ниобия и соляной кислоты с формулой NbCl4,коричневые кристаллы,растворимые в воде.
Окситрихлорид ниобия(V)
Окситрихлорид ниобия(V) — неорганическое соединение, оксосоль металла ниобия и соляной кислоты с формулой NbOCl3, бесцветные кристаллы.
Бромид ниобия(V)
Бромид ниобия(V) — неорганическое соединение, соль металла ниобия и бромистоводородной кислоты с формулой NbBr5,красные кристаллы,гидролизуются водой.
Иодид ниобия(V)
Иодид ниобия(V) — неорганическое соединение, соль металла ниобия и иодистоводородной кислоты с формулой NbI5, жёлтые кристаллы,гидролизуются водой.
Нитрид ниобия
Нитрид ниобия — бинарное неорганическое соединение металла ниобия и азота с формулой NbN, серые или чёрные кристаллы, не растворимые в воде.
Оксид ниобия(IV)
Оксид ниобия(IV) — неорганическое соединение, окисел металла ниобия с формулой NbO2, чёрные кристаллы, не растворимые в воде.

Окунев Олег Валерьевич | Сотрудники

Образование

1979г.- МГПИ им. Ленина, специальность «физика», квалификация учителя физики

Тема кандидатской диссертации

Эффект однофотонного детектирования оптического и ИК излучений в тонких сверхпроводящих NbN плёнках, 2004 г.

Курсы текущего учебного года

Техническая физика 3 к ТИИ, ТиДоп, Электро и радиотехника ТИИ,ТиФ(4 к)

Публикации

Статьи:

G Goltsman, A Korneev, A Divochiy, O Minaeva, M Tarkhov, N Kaurova, V Seleznev, B Voronov, O Okunev, A Antipov, K Smirnov, Yu Vachtomin, I Milostnaya, «Ultrafast superconducting single-photon detector», Journal of Modern Optics, 2010, Том 11, Номер 15, Страницы 1670.
Ozhegov, R.V. and Gorshkov, K.N. and Okunev, O.V. and Gol’tsman, G.N., «Superconducting hot-electron bolometer mixer as element of thermal imager matrix», Technical Physics Letters , 2010 , 36 , 11 , 1006-1008.
Ожегов Р. В., Горшков К. Н., Окунев О. В. и Гольцман Г. Н. «Сверхпроводниковый смеситель на эффекте электронного разогрева как элемент матрицы системы построения тепловых изображений», «Письма в Журнал технической физики », том 36, вып. 21, стр. 70-78, 2010

Монографии:

Г.М. Чулкова, А.А. Корнеев, К.В. Смирнов, О.В. Окунев, А.В. Семенов, А.В. Дивочий, М.А. Тархов, Б.М. Воронов, Н.С. Каурова, В.А. Селезнев, Г.Н. Гольцман «Энергетическая релаксация в примесных металлах, двумерном электронном газе в AlGaAs-GaAs, сверхпроводниковых пленках NbN и детекторы субмиллиметрового и ИК излучения на их основе» – М. «Прометей», 2012, 218 стр.
А.В. Семенов, А.А. Корнеев, А.В. Смирнов, К.В. Смирнов, Р.В. Ожегов, О.В. Окунев, Г.Н. Гольцман, И.А. Девятов, «Линейные по мощности поглощаемого излучения поправки к спектральным функциям «грязного» сверхпроводника и отклик сверхпроводниковых детекторов», Преподаватель XXI Век, №3, стр. 216, 2012.
Воронов Б.М., Гольцман Г.Н., Каурова Н.С., Масленников С.Н., Окунев О.В., Рябчун С.А., Третьяков И.В., Финкель М.И. Заявка на получение патента на изобретение № 2013104965(007378) от 06.02.2013 «Метод формирования зазора рабочего элемента болометра на основе ультракороткого мостика из сверхпроводящей пленки нитрида ниобия (nbn) с нанесением двойного слоя нитрид ниобия – золото (nbn-au) без развакуумирования (in situ)»
Окунев О.В. (в соавторстве) монография «Эффект однофотонного детектирования оптического и ик излучений в тонких сверхпроводящих NbN плёнках», М.: Издательство «Прометей», 2014г.

Повышение квалификации

Краткосрочное обучение в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский педагогический государственный университет» по программе «Инновационная деятельность в вузе» — 2011г.
Краткосрочное обучение в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский педагогический государственный университет» по программе «Совершенствование предметной подготовки преподавателей ВУЗа по приоритетным направлениям науки (сверхпроводниковая наноэлектроника)» — 2011г.
Краткосрочное обучение в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский педагогический государственный университет» по программе «Инновационная деятельность в образовании» — 2012г.
Участие в конференции ‘Interaction of Radiation with Quantum devices’ Москва, МПГУ ИФТИС ноябрь 27- декабрь 1 2017
Повышении квалификации по программе: «Низкие температуры в экспериментальной технике и промышленных приложениях». НИУ «Высшая школа экономики», 30 ноября 2017г. Удостоверение № 100653
Краткосрочные курсы повышения квалификации по «Комплексной безопасности» (72 часа) 01-12.04.2019, удостоверение 771801849063, регистрационный номер 057/374-2019
Краткосрочное обучение в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский педагогический государственный университет» по программе «Обеспечение качества образования обучающихся лиц с ограниченными возможностями здоровья при получении высшего образования» — 04. 10-15.11.2019, удостоверение 772409147840, регистрационный номер 04261-ПК-2019, выдан 28.11.2019

Архив учебных курсов

Лекции по курсу «Физические основы электронной техники» для бакалавров 4-го курса, практикум курсу «Физические основы электронной техники» для бакалавров 4-го курса, спецкурс «Методы исследования структуры конденсированных сред» для бакалавров 4-го курса факультета физики и информационных технологий, руководство курсовыми работами и магистерскими диссертациями.

Профессиональная деятельность

Директор учебно-научного радиофизического центра

Исследовательские проекты и гранты

Сверхпроводниковый счетчик фотонов в оптически нелинейном волноводе;
Проект организации российско-британского семинара по теме: Сверхпроводниковые детекторы и квантовые технологии;
Исследование новых сверхпроводниковых материалов для чувствительных детекторов электромагнитного излучения видимого и инфракрасного диапазонов;
Соглашение № 16-19-10633 Разработка и создание интегрального однофотонного спектрометра для телекоммуникационных длин волн;
Соглашение 14. 586.21.0007 от 17.09.2014 Разработка и исследование нового поколения квантово-криптографических систем на основе сверхбыстрых и сверхчувствительных гибридных сверхпроводниково-нанофотонных компонентов;
Грант НАТО EAP. SFPP984068 «Терагерцовый спектрометр, основанный на квантовом каскадном лазере, для быстрого детектирования химических агентов и взрывчатых веществ»;
Грант Правительства Российской Федерации для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования, научных учреждениях государственной академии наук и государственных научных центрах Российской Федерации «Лаборатория квантовых детекторов»

Институт физики, технологии и информационных систем

Кафедра общей и экспериментальной физики

Доцент

доцент

кандидат физико-математических наук

Профессиональные интересы

Научная работа в УНРЦ по разработке и исследованию однофотонных детекторов ИК диапазона на основе сверхпроводниковых наноструктур, приемников терагерцового диапазона длин волн, методам квантово-криптографической защиты передаваемой цифровой информации. Участие в работах по государственным контрактам

Контактная информация

Джозефсоновский контакт превратили в детектор одиночных фотонов

Физика

15:06 26 Апр. 2021

Сложность 6.2

E.D. Walsh et al / Science, 2021

Физики изготовили светочувствительный контакт Джозефсона на основе графена, способный детектировать одиночные фотоны ближнего инфракрасного диапазона. Это происходит за счет связывания света с поверхностными плазмонами в контакте. Такая высокая светочувствительность может быть использована для высокоскоростной связи с низким потреблением энергии между компонентами архитектуры будущих сверхпроводящих компьютеров. Результаты опубликованы в виде статьи в Science и препринта.

Джозефсоновский контакт — это структура из двух сверхпроводников, разделенных тонким слоем диэлектрика. Его особенность заключается в том, что через такой контакт могут туннелировать куперовские пары электронов, ответственные за перенос тока в сверхпроводнике. Этому механизму было найдено большое количество применений, начиная от высокочувствительной магнитометрии и заканчивая реализацией кубитов.

Кубиты на основе джозефсоновских контактов считаются одними из самых перспективных, однако их разработка столкнулась с тем, что ионизирующее излучение из окружающей среды приводит к распаду куперовских пар на квазичастицы и, как следствие, к разрушению когерентного состояния. Вместе с тем свойство куперовских пар распадаться под действием излучения можно использовать для его детектирования. Физики долгое время пытались повысить чувствительность детекторов света на основе контакта Джозефсона, но до недавних пор все попытки создать на его основе простой детектор одиночных фотонов с низким потреблением энергии были безуспешны.

В новой работе физики из США, Южной Кореи, Испании и Японии под руководством Кин Чунг Фонг (Kin Chung Fong) из Raytheon BBN Technologies продемонстрировали работу детектора одиночных фотонов ближнего ИК-диапазона на основе распада куперовских пар в джозефсоновском контакте. Для этого они использовали монослой графена, упакованный между слоями гексагонального нитрида бора, в качестве интерфейса между двумя сверхпроводящими контактами из нитрида ниобия. В сверхпроводящем контуре поддерживался ток смещения I_b, а вся система была охлаждена до 27 милликельвин.

Контакт на основе Джозефсона на основе графена, используемый в работе

E.D. Walsh et al / Science, 2021

До поглощения света джозефсоновский контакт находится в сверхпроводящем состоянии с нулевым падением напряжения на нем. Попавший на него фотон вызывает многочисленные процессы распада куперовских пар на квазичастицы, которые диффундируют по контакту, создавая шумовой ток. Этот ток переводит контакт из сверхпроводящего состояния в состояние с ненулевым сопротивлением, что сразу же фиксируется приложенным к нему вольтметром. После регистрации фотона система возвращается в начальное состояние.

Авторы проверили работу детектора, измеряя статистику падающего на контакт света. Они меняли интенсивность источника и собирали информацию об отсчетах, зарегистрированных в течение 10⁴ секунд. Для каждой из интенсивностей была построена гистограмма числа отсчетов, зафиксированных за секундное окно. Физики показали, что полученные гистограммы с высокой точностью демонстрируют пуассонову статистику, что свидетельствует об отсутствии корреляций в отсчетах, а значит и о том, что источник испускал классический (несжатый) свет. Опираясь на этот факт, авторы измеряли зависимость вероятности отсчета за 20 микросекунд от среднего числа фотонов, линейное поведение которой доказало, что фотоны падают на контакт преимущественно поодиночке.

(A) Гистограммы распределения числа отсчетов за одну секунду для разных интенсивностей света. (B) Вероятность отсчета детектора как функция среднего числа фотонов, попавших на образец за 20 миллисекунд.

E.D. Walsh et al / Science, 2021

Помимо этого, физики проверили зависимость работы детектора от других параметров, таких как температура, ток смещения, а также поляризация падающего света. Влияние последней было объяснено связью геометрии джозефсоновского контакта с возбуждением локализованных поверхностных плазмонов, которые ответственны за усиление взаимодействия всей структуры со светом. С помощью программного пакета High Frequency Structural Simulator авторы промоделировали этот процесс и выяснили, что сильнее всего фотоны поглощаются, когда вектор электрического поля параллелен краю контакта.

Авторы планируют в будущем улучшить эффективность однофотонного детектора за счет большего понимания механизмов поглощения фотона, а также за счет применения элементов нанофотоники. Кроме того, они надеются, что результаты их работы позволят эффективнее защищать джозефсоновские контакты при использовании их в квантовых компьютерах.

Ранее мы писали о том, как контакты Джозефсона помогают создавать искусственные синапсы и чувствительные магнитометры.

Марат Хамадеев

Сверхпроводящий нитрид ниобия: перспектива обработки, микроструктуры и сверхпроводящих свойств для детекторов одиночных фотонов

Сохранить цитату в файл

Формат: Резюме (текст)PubMedPMIDAbstract (текст)CSV

Добавить в коллекции

Создать новую коллекцию
Добавить в существующую коллекцию

Назовите свою коллекцию:

Имя должно содержать менее 100 символов

Выберите коллекцию:

Не удалось загрузить вашу коллекцию из-за ошибки
Повторите попытку

Добавить в мою библиографию

Моя библиография

Не удалось загрузить делегатов из-за ошибки
Повторите попытку

Ваш сохраненный поиск

Название сохраненного поиска:

Условия поиска:

Тестовые условия поиска

Эл. адрес: (изменить)

Который день? Первое воскресеньеПервый понедельникПервый вторникПервая средаПервый четвергПервая пятницаПервая субботаПервый деньПервый рабочий день

Который день? ВоскресеньеПонедельникВторникСредаЧетвергПятницаСуббота

Формат отчета: SummarySummary (text)AbstractAbstract (text)PubMed

Отправить максимум: 1 шт. 5 шт. 10 шт. 20 шт. 50 шт. 100 шт. 200 шт.

Отправить, даже если нет новых результатов

Необязательный текст в электронном письме:

Создайте файл для внешнего программного обеспечения для управления цитированием

Полнотекстовые ссылки

ООО «ИОП Паблишинг»

Полнотекстовые ссылки

. 2022 14 июля; 34(37).

дои: 10.1088/1361-648X/ac7dd6.

Николас Куччинелло ¹ , Дерек Ли ¹ , Генри И Фэн ¹ , Цзыхао Ян ² , Хао Цзэн ³ , Наг Патибандла ² , Минвэй Чжу ² , Цюаньси Цзя ¹

Принадлежности

¹ Факультет дизайна материалов и инноваций, Университет Буффало — Университет штата Нью-Йорк, Буффало, NY 14260, Соединенные Штаты Америки.
² Applied Materials, Inc. , Санта-Клара, Калифорния 95054, Соединенные Штаты Америки.
³ Факультет физики, Университет в Буффало — Университет штата Нью-Йорк, Буффало, NY 14260, Соединенные Штаты Америки.

PMID: 35779516
DOI: 10.1088/1361-648X/ac7dd6

Николас Куччинелло и др. J Phys Конденсирует Материю. 2022 .

. 2022 14 июля; 34(37).

дои: 10.1088/1361-648X/ac7dd6.

Авторы

Принадлежности

¹ Факультет дизайна материалов и инноваций, Университет Буффало — Университет штата Нью-Йорк, Буффало, NY 14260, Соединенные Штаты Америки.
² Applied Materials, Inc., Санта-Клара, Калифорния 95054, Соединенные Штаты Америки.
³ Факультет физики, Университет в Буффало — Университет штата Нью-Йорк, Буффало, NY 14260, Соединенные Штаты Америки.

PMID: 35779516
DOI: 10.1088/1361-648X/ac7dd6

Абстрактный

Сверхпроводящий нитрид ниобия (NbN) продолжает исследоваться десятилетиями, в основном из-за его преимущественных сверхпроводящих свойств и широкого использования в сверхпроводящей электронике. В частности, сверхпроводящие однофотонные детекторы на основе нанопроволоки (SNSPD) на основе NbN показали исключительную производительность, и NbN остается предпочтительным материалом для разработки квантовых устройств будущего поколения. С этой точки зрения мы описываем взаимосвязь между обработкой, структурой и свойствами, управляющую сверхпроводящими свойствами пленок NbN. Далее мы обсудим сложное взаимодействие между свойствами материала, параметрами обработки, материалами подложки, архитектурой устройства и производительностью SNSPD. Мы также отмечаем последние достижения в оптимизации параметров производительности SNSPD.

Ключевые слова: квант; одиночные фотодетекторы; напыление; сверхпроводник; тонкие пленки.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕВИТЕЛЕЙ СУПЕР -КОНДАРТИРОВАНИЯ НИОБИЯ НИЦИОННЫЕ Пленки

SCIENDIRECT

РЕГИСТЕРСИЯ

View PDF

Доступ через . Страницы 258-262
https://doi.org/10.1016/0011-2275(83)^{-7Получить права и содержание реактивное магнетронное и диодное напыление в Ar и N ₂ газовая смесь. Исследовано изменение имплантации ионов T _c и N ₂ в пленки Nb-N. Показано, что малые дозы имплантированных ионов вызывают резкое уменьшение T _c до 12,8 К. Отжиг при 900°C восстанавливает высокую T _c. За счет туннельного эффекта величина энергетической щели составляет 3,05 МэВ при 1,56 К для NbN с T _c = 17,1 K и 2†/kTc = 4,14. Обнаружено существование подповерхностного слоя, ширина которого порядка длины когерентности, с меньшей T _c , 12,0–12,8 К. Сверхпроводимость этого слоя выше T _c обусловлена эффектом близости. Туннельные переходы NbN выполнены с плотностью тока Джозефсона i =(1,7-2,87) · 10 ³ А см ⁻² .}
Ссылки (7)
A. Gilabert et al.
Определение энергетической щели сверхпроводящего сэндвича олово-свинец методом электронного туннелирования
Sol Stat Comm
(1971)
М.Р. Скокан и др.
Сверхпроводящие свойства и структурно-фазовые превращения Nb,N, индуцированные имплантацией C
⁺ и N ⁺
J Phys Chem Solids
(1980)
K.S.009 K.S. Кескар и др.
Температуры сверхпроводящего перехода Р.Ф. пленки NbN с напылением
Jap J Appl Phys
(1971)
В полной текстовой версии этой статьи есть дополнительные ссылки.
Влияние сверхпроводящих флуктуаций на сопротивление туннельного перехода: существование сверхтонкого поверхностного слоя в пленках NbN
1984, Solid State Communications
Обсуждается влияние сверхпроводящих флуктуаций на квазичастичный ток туннельного перехода. Обнаружен аномальный вклад в туннельный ток взаимодействующих через барьер флуктуаций. Отсюда возникает минимум псевдощели в R _d ( В ). Аналогичная зависимость наблюдается экспериментально в переходах NbN-I-Pb. Приведены основания полагать, что на поверхности пленок NbN имеется ультратонкий слой, свойства которого резко отличаются от объемного.
Свойства джозефсоновских туннельных переходов на основе нитрида нитрида
1984, Криогеника
High T _c (16,8 K) тонкие пленки нитрида ниобия были приготовлены с помощью высокочастотного диодного напыления в среде N 2 _{и последующего 3 высокотемпературный отжиг. Туннельные переходы Джозефсона были изготовлены путем термического окисления пленок. Геометрия определяется фотолитографией высокого разрешения. Переходы Джозефсона были охарактеризованы измерениями дифракции магнитного поля и другими методами, и было показано, что они особенно подходят для приложений, особенно в сверхпроводящих микроволновых интегральных устройствах.}
Применение тонких пленок нитрида ниобия для улучшения эксплуатационных характеристик криогенного гироскопа
2021, Материалы конференции молодых ученых России в области электротехники и электронной техники IEEE 2021, ЭлКонРус 2021
Мотопроводящие гетероструктуры (W)-MoRe и транспорт заряда через локализованные состояния в барьере
2019, Металлофизика и Новейшие Технологии
Перенос заряда при многоэлектронных процессах в туннельных переходах с гибридными барьерами
2018, Proceedings of the 2018 IEEE 8th International Conference on Nanomaterials: Applications and Properties, NAP 2018
Структура и транспортные характеристики туннельных переходов с гибридными полупроводниковыми барьерами с квантовыми точками
2018, Acta Physica Polonica A
Посмотреть все цитирующие статьи в Scopus
Научная статья
NbTiN thin films deposited by hybrid HiPIMS/DC magnetron co-sputtering
Surface and Coatings Technology, Volume 295, 2016, pp. 99-106
Nb _{1 − x} Ti _x N _y тонкие пленки (с 0 ≤ x ≤ 1 и 0,85 ≤ y ≤ 1,15) были нанесены из металлических мишеней Nb и Ti с использованием гибридного процесса, сочетающего мощное импульсное магнетронное распыление (HiPIMS) и магнетронное распыление на постоянном токе (DCMS) техники. Две серии Nb _{1 − x} Ti _x N _y были нанесены пленки, в которых режим HiPIMS применялся либо к мишени Nb, либо к мишени Ti, а вторая мишень (Ti или Nb) работала в Режим ДМС. Генератор HiPIMS работал с фиксированной средней по времени мощностью 100 Вт (5 Вт см ^{— 2} ) с шириной импульса 50 мкс и частотой повторения 1000 Гц, тогда как мощность постоянного тока, подаваемая на вторую мишень, варьировалась. от 0 до 90 Вт, чтобы отрегулировать относительное содержание Ti или Nb в пленках. Осаждение проводили в среде Ar + N ₂ атмосферы при общем давлении 0,5 Па. Температуру подложки фиксировали на уровне 250 °C, а держатель образца смещал при -50 В. Пленки были охарактеризованы с помощью XRD, SEM, EDS, наноиндентирования, оптических и электрических измерений. Все тройные пленки кристаллизуются в ГЦК-структуре типа NaCl. Пленки имеют плотную столбчатую структуру, а их значения твердости увеличиваются с 26 для TiN до 35 ГПа для NbN. Оптические свойства Nb _{1 − x} Ti _x N _y Пленки постепенно эволюционируют от пленок ГЦК-NbN к пленкам ГЦК-TiN по мере увеличения содержания Ti x от 0 до 1. Значение удельного сопротивления при комнатной температуре уменьшается примерно с 300 мкОм см (для NbN _0,99) до 25 мкОм см (для TiN _0,98) при увеличении x от 0 до 1. В отличие от этого, Nb _{1 — x} Ti _{Пленки N _y, осажденные в аналогичных условиях осаждения с использованием ДХМС, обладают открытой столбчатой структурой, низкими значениями твердости (от 15 до 22 ГПа), высоким удельным электрическим сопротивлением в диапазоне 200–360 мкОм·см и оптическими свойствами без четкой корреляции с химический состав пленок. Особые физические свойства этих пленок по сравнению со свойствами, полученными гибридным способом, в основном объясняются их открытой столбчатой морфологией.}
Исследовательская статья
Характеристика и мониторинг роста нитрида титана при субстехиометрической регулируемой сверхпроводящей критической температуре на месте
Thin Solid Films, Volume 548, 2013, pp. 485-488
Структурные и электрические свойства Ti Пленки –N, осаждаемые реактивным распылением, зависят от параметров их роста, в частности от соотношения газов Ar:N ₂. Мы показываем, что процентное содержание азота постепенно изменяет кристаллографическую фазу пленки от чистого α-Ti через фазу α-Ti с внедренным азотом до стехиометрического Ti ₂ N, а через субстехиометрический TiN _x до стехиометрического TiN. Эти изменения также влияют на температуру перехода в сверхпроводящее состояние, T _C , что позволяет адаптировать сверхпроводящие свойства для конкретных приложений. После уменьшения от 0,4 К для чистого Ti до значения ниже 50 мК в точке Ti ₂ N, T _C затем быстро увеличивается почти до 5 К в узком диапазоне внесение азота. Это очень резкое увеличение T _C затрудняет контроль свойств пленки от пластины к пластине, а также по всей данной пластине в допустимых пределах для изготовления устройств. Здесь мы показываем, что состав азота и, следовательно, сверхпроводящие свойства связаны и могут быть определены с помощью спектроскопической эллипсометрии. Следовательно, этот метод можно использовать для управления технологическим процессом и проверки пластин, прежде чем тратить время на обрабатывающие устройства.
Вклад правительства США, не защищенный авторским правом.
Исследовательская статья
Недавний обзор сверхпроводников на основе железа
Materials Today: Proceedings, Volume 35, Part 2, 2021, pp. углубленная оценка этих веществ , в результате , они образуют еще один новый тип группы высокотемпературных сверхпроводников позже сверхпроводников оксида и выставляют ожидание для веществ с более высокой температурой перехода (Tc). Кроме того, было установлено, что они обладают уникальными физическими свойствами вместе с необычным механизмом сопряжения и характеристиками сверхпроводника, идеально подходящими для использования с более высоким критическим полем и небольшой анизотропией. Сверхпроводники на основе железа — современная мегазвезда в природе физики твердого тела. Великолепное открытие сверхпроводящих материалов на основе железа выявило замещающее семейство высокотемпературных сверхпроводников с характеристиками, которые каждый тип подобен и полностью отличается от свойств семейства сверхпроводников на основе оксида меди. В этой статье мы собираемся обсудить сверхпроводники, историю сверхпроводников на основе железа, включая структуру, классификацию, сверхпроводящие свойства и различные типы приложений.
Исследовательская статья
Нанопористый нитрид ниобия (Nb
₂ N) с улучшенными электрокаталитическими характеристиками для выделения водорода
Applied Surface Science, Volume 427, Part B, 2018, pp. (TMN) с нанопористой структурой показали большие перспективы в качестве потенциальных электрокатализаторов для реакции выделения водорода (HER). Здесь самоорганизованный нанопористый Nb ₂ N был впервые успешно синтезирован путем анодирования ниобия в смешанном электролите щавелевая кислота/HF с последующим простым отжигом в атмосфере аммиака. Благодаря высокоупорядоченной нанопористой структуре с большим количеством активных центров и повышенной электропроводности Nb ₂ N обладает высоким каталитическим током (326,3 мА см ^-2 ) и низким начальным потенциалом (96,3 мВ), что почти в 3,9 и 4,2 раза лучше, чем у Nb ₂ O ₅ соответственно. Между тем, Nb ₂ N также имеет низкий наклон Тафеля (92 мВ dec ^-1 ) и превосходную циклическую устойчивость. Что еще более важно, это исследование предоставит больше возможностей для разработки и изготовления соединений ниобия в качестве инновационных катализаторов HER.
Научная статья
Предисловие
Physica C: сверхпроводимость и ее приложения, том 533, 2017, с. 1
Исследовательская статья
Детекторы излучения и частиц
Справочный модуль по материаловедению и материаловедению, 2017
Сверхпроводящие детекторы излучения и частиц измеряют энергию, выделяемую фотонами или частицами, с на порядки большей чувствительностью и точностью, чем полупроводниковые детекторы. Сверхпроводящие детекторы были сконструированы для фотонов от микроволновых до гамма-излучения, а также для частиц от тяжелых ионов до таинственной «темной материи», пронизывающей Вселенную. В этой статье обсуждаются проблемы и решения, связанные с оптимизацией компонентов, поглощающих частицы, компонентов измерения энергии, созданием больших массивов для преодоления присущего малого размера и работы при требуемых низких температурах ~ 0,1 К без использования криогенных жидкостей.
Просмотр Полный текст
Copyright © 1983 Опубликовано Elsevier Ltd.
Ниобий Нитрид — ESPI Metals
552. /Поставщик :
ESPI Metals
1050 Benson Way, Ashland, OR 97520
Бесплатный звонок (800) 638-2581 * Факс (541) 488-8313
Электронная почта защищена от спама. . У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Наименование продукта : нитрид Niobium
Формула : NBN
CAS № : 24621-21-4
21-21-4
9
59 9000
21-21-4
9
599000
21-21-4
9 9000
1-21-4
9 9000
21-21-4
9

953. Опасные ингредиенты
Опасные компоненты: Ниобия нитрид
процент (%): 0-100
OSHA/Pel: N/E
2222. ACGIH/TL: N/E
22222222222.CGIH/TLV: N/E
2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222.0553                        N/E
Other Limits:                      N/E
Hazard Ratings :
Health :                             3
Flammability :                  0
Reactivity :                       2

III . ФИЗИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
Температура кипения :                 N/E или N/A
Температура плавления : 2573.0 ^O C
Специфический вес : 8,4 Гм/CC
Растворимость в H ₂ O : Insolubale
Внешний вид и odor : norallubal
.

IV. ДАННЫЕ ПО ОПАСНОСТИ ПОЖАРА И ВЗРЫВА
Пределы взрываемости : Верхний : Н/Д          Нижний : Н/Д
Температура вспышки : Н/Д (негорючий)
Средства пожаротушения : Н/Д, Используйте огнетушащее вещество для окружающих материалов и типа пожара.
Особые правила пожаротушения : Пожарные должны носить закрытый автономный дыхательный аппарат с полной защитной одеждой для предотвращения контакта с кожей и глазами. Испарения от огня опасны. Изолируйте сток, чтобы предотвратить загрязнение окружающей среды.
Особая опасность пожара и взрыва : Может реагировать с влажным воздухом с выделением газообразного аммиака, который может образовывать взрывоопасные смеси с воздухом.

V.   ИНФОРМАЦИЯ ОБ ОПАСНОСТИ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ
Пути проникновения : Вдыхание, проглатывание, попадание на кожу и в глаза.
Опасность для здоровья (острая и хроническая) :
Насколько нам известно, химические, физические и токсикологические свойства нитрида ниобия тщательно не исследованы и не зарегистрированы. Ниобий считается редкоземельным металлом. Эти металлы умеренно или высокотоксичны. Симптомы токсичности редкоземельных элементов включают корчи, атаксию, затрудненное дыхание, ходьбу на носочках с выгнутой спиной и седативный эффект. Редкоземельные элементы проявляют низкую токсичность при попадании внутрь. Однако внутрибрюшинный путь введения высокотоксичен, тогда как подкожный путь введения ядовит или умеренно токсичен. Образование гранулем кожи и легких после их воздействия требует тщательной защиты для предотвращения такого воздействия (Sax, Опасные свойства промышленных материалов, восьмое издание).
Газообразный аммиак является ядом для человека неустановленным путем. Отравление при вдыхании, приеме внутрь и, возможно, другими путями. Глаза, слизистые оболочки и системный раздражитель при вдыхании. Представлены данные о мутациях (Sax, Dangerous Properties of Industrial Materials, восьмое издание).
Острые эффекты:
Вдыхание : Может вызвать раздражение верхних дыхательных путей. Газообразный аммиак может вызвать раздражение носа и горла, одышку, бронхиальные спазмы, боль в груди, отек легких и розовую пенистую мокроту.
Проглатывание : считается малотоксичным при проглатывании. Газообразный аммиак может вызвать тошноту, рвоту и ожоги.
Кожа : Может вызывать раздражение, Газообразный аммиак может вызывать раздражение и химические ожоги.
Глаза : Может вызывать умеренное раздражение. Газообразный аммиак может вызвать сильное раздражение и химические ожоги.
Хронические эффекты :
Вдыхание : Может вызывать корчи, атаксию, затрудненное дыхание, ходьбу на носках с выгнутой спиной, седативный эффект, отек легких и гранулему легких. Повторяющееся или продолжительное воздействие газообразного аммиака может вызвать отек рта и горла вплоть до удушья, необратимых травм и смерти.
Проглатывание : Может действовать как антикоагулянт крови.
Кожа : Многократное или длительное воздействие газообразного аммиака может привести к повреждению тканей.
Глаза : Многократное или длительное воздействие газообразного аммиака может вызвать необратимое повреждение конъюнктивы, роговицы и хрусталика.
Органы-мишени : Может поражать кровь, дыхательную систему, кожу и глаза.
Канцерогенность : NTP : Нет      Монографии IARC : Нет       Регулируется OSHA : Нет
LD50/LC50 : Данные о токсичности не зарегистрированы.
Признаки и симптомы воздействия :
Вдыхание : Может вызвать покраснение, сухость в горле, кашель, одышку, отек рта и горла.
Проглатывание : Может повлиять на время свертывания крови, повреждение тканей, химические ожоги, тошноту и рвоту.
Кожа : Может вызывать покраснение, жжение, зуд, воспаление, образование волдырей и повреждение тканей.
Глаз : Может вызывать покраснение, жжение, зуд, слезотечение, помутнение хрусталика и изъязвление конъюнктивы и роговицы.
Медицинские состояния, обычно усугубляемые воздействием : Ранее существовавшие легочные и кожные заболевания.

ПРОЦЕДУРЫ СКОРОЙ ПОМОЩИ :
ГЛАЗА : Промывать большим количеством воды в течение 15 минут. Поднимите верхние и нижние веки, обратитесь за медицинской помощью.
КОЖА : Снять загрязненную одежду, очистить кожу щеткой, промыть проточной водой, тщательно вымыть водой с мылом. Обратитесь за медицинской помощью.
ПРИ ВДЫХАНИИ/ПРОГЛАТЫВАНИИ : Уберите подальше от места воздействия, держите в тепле и покое, немедленно обратитесь за медицинской помощью. Не вызывает рвоту.

VI. ДАННЫЕ О РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ
Стабильность : Стабильность
Несовместимость (материалы, которых следует избегать) : Вода, пар и влага.
Опасное разложение или побочные продукты : Аммиак газ
Опасная полимеризация : не будет
VII. ПРОЦЕДУРЫ РАЗЛИВА ИЛИ УТЕЧКИ
Действия, которые необходимо предпринять в случае утечки или разлива материала : Используйте соответствующие средства защиты органов дыхания и защиты. Изолируйте место разлива и обеспечьте вентиляцию. Пропылесосить разлитое, используя высокоэффективный воздушный фильтр для удаления твердых частиц (HEPA), и поместить в закрытый контейнер для надлежащей утилизации. Следите за тем, чтобы не поднималась пыль.
Метод утилизации отходов : Утилизируйте в соответствии с местными, государственными и федеральными нормами.
Информация об опасности на этикетке : Хранить в прохладном, сухом месте в плотно закрытом контейнере. Хранить в инертной атмосфере и тщательно мыть после работы.
Другие меры предосторожности : Нитрид ниобия может быть чувствителен к влаге, обращаться с ним и хранить его в атмосфере аргона или другого инертного газа.

VIII. ИНФОРМАЦИЯ О СПЕЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЕ
Средства защиты органов дыхания (указать тип) : Противопылевой респиратор с картриджем, одобренный NIOSH.
Защитная одежда : Используйте перчатки, желательно во избежание порезов.
Средства защиты глаз : Защитные очки.
Другая защитная одежда или оборудование : Обычная лабораторная одежда.
Вентиляция : Местный : Для поддержания концентрации при низких уровнях воздействия.
Механический (общий) : Не рекомендуется.
Special : Работайте в контролируемой атмосфере.

IX. ОСОБЫЕ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ
Некоторые химические вещества, перечисленные здесь, могут быть опасными. Не обрабатывать до прочтения этого MSDS.
Методы работы/гигиены/технического обслуживания : Внедрение технических средств контроля и методов работы для снижения и поддержания концентрации воздействия на низких уровнях. Используйте хорошие методы уборки и санитарии. Не используйте табак или пищу в рабочей зоне. Тщательно мойте перед едой и курением. Не сдувайте пыль с одежды или кожи сжатым воздухом.
Прочее : Работа в инертном газе, таком как аргон.
TSCA, указанный : Да,
Правила DOT :
Класс Опасности : Нет
Вышеупомянутая информация считается правильной, но не может быть нельзя использовать, и нельзя использовать, и нельзя использовать, и нельзя использовать, и нельзя использовать, и нельзя использовать, и нельзя использовать, и нельзя использовать, и нельзя использовать, и нельзя использовать, и нельзя использовать, и нельзя использовать, и нельзя использовать, и нельзя использовать, и нельзя использовать, и нельзя использовать все. только как ориентир. ESPI не несет ответственности за любой ущерб, возникший в результате обращения или контакта с вышеуказанным продуктом.

Выдано:             S. Dierks
Дата:                  июнь 1991 г. Бедорф, Свен Хольгер (2005). Разработка ультратонких пленок нитрида ниобия и нитрида ниобия-титана для болометров ТГц на горячих электронах. Кандидатская диссертация, Universität zu Köln.
Основное внимание в данной работе уделяется разработке сверхтонких пленок NbN и NbTiN. Был создан воспроизводимый и надежный процесс осаждения ультратонких пленок NbN и NbTiN для использования в устройствах HEB с фононным охлаждением. Ультратонкие пленки были нанесены на подложки из кремния (Si) и на мембраны Si3N4 толщиной 2 мкм методом реактивного магнетронного распыления на постоянном токе. Для осаждения высококачественных сверхтонких пленок NbN (3–4 нм, Tc = 8,5 K) и NbTiN (4–5 нм, Tc = 8 K) был внедрен метод точного контроля парциального давления азота путем контроля целевого напряжения. Нагрев подложки не менее 600°C во время осаждения необходим для изготовления ультратонких пленок NbN и NbTiN на подложках Si и мембранах Si3N4. Был разработан процесс изготовления, необходимый для использования устройств HEB в квазиоптическом смесителе. Ультратонкая пленка была сформирована с помощью электронно-лучевой литографии (EBL), в результате чего были созданы болометрические устройства, которые измеряют площади около 0,4 мкм x 4 мкм. Характер контакта определяет прозрачность интерфейса между болометром и контактной структурой. Были выполнены различные процессы очистки, и было инициировано влияние на контактное сопротивление. Лучшая прозрачность интерфейса дает меньше радиочастотных потерь и может повысить чувствительность HEB и требования к гетеродину. Лучший контроль прозрачности интерфейса также приводит к лучшей воспроизводимости значений сопротивления нормального состояния устройств ВЭБ. Гетеродинные измерения проводились на частотах 0,8 ТГц и 1,6 ТГц. Для устройств NbTiN HEB шумовая температура приемника с двойной боковой полосой (DSB) на частоте 0,8 ТГц составила 2500 К для ПЧ на частоте 1,2 ГГц. Основной проблемой микшеров HEB является ограничение полосы пропускания ПЧ. Измеренная ширина полосы шума составила около 1,5 ГГц. Шумовая температура приемника DSB на частоте гетеродина 1,6 ТГц, измеренная в Университете Чалмерса, Швеция, составила 1600 К на ПЧ 1,5 ГГц. Этот результат показывает, что шум этих устройств NbTiN HEB сравним со смесителями NbN HEB, изготовленными в Университете Чалмерса. Для устройств NbN HEB шумовая температура DSB-приемника Trec составила 1344 K на частоте 0,8 ТГц с поглощенной мощностью гетеродина 55 нВт, оцененной изотермическим методом. Эта шумовая температура приемника выше, чем шумовая температура современного приемника на этой частоте. Возможно, это связано с потерями в оптике. Определить шумовую полосу этого устройства не удалось, так как шумовая температура не увеличилась вдвое в полосе пропускания изолятора. Но ширина полосы шума оценивается примерно в 1,8 ГГц. Хотя истинная пропускная способность устройств NbTiN и NbN HEB может быть измерена только с помощью соответствующей системы ПЧ, комбинация этих результатов показывает, что NbTiN, возможно, уступает по пропускной способности NbN, используемому для изготовления HEB.
Тип товара: Тезис (кандидатская диссертация)
Название в переводе: 3
Название Язык
Entwicklung ultradünner Niob-Nitrid und Niob-Titan-Nitrid-Filme for THz Hot-Electron-Bolometer Немецкий
Создатели:
Создатели Email ORCID ORCID Put Code
Bedorf, Sven Holger [email protected] UNSPECIFIED UNSPECIFIED
ИНН: урн:nbn:de:hbz:38-16225
Дата: 2005
Язык: Английский
Факультет: Факультет математики и естественных наук
Подразделения: Факультет математики и естественных наук > Физический факультет > Физический институт I
Субъекты: Физика
Бесконтрольный Ключевые слова:
Ключевые слова Язык
Dünnfilmentwicklung, NbN, NbTiN, PVD, HEB, ТГц Немецкий
Тонкие пленки, NbN, NbTiN, PVD, HEB, ТГц Английский
Дата устного экзамена: 7 декабря 2005 г.
Судья:
Имя Ученое звание
Штуцки, Юрген Профессор, доктор
Рефери: Да
URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1622
Загрузок
Загрузок в месяц за последний год
Экспорт
ASCII CitationBibTeXHTML CitationReference ManagerEndNoteDublin CoreEP3 XML
Действия (требуется вход)
9064 9096 9096
Посмотреть товар
Процесс на основе анодирования для изготовления всех структур перехода Джозефсона из нитрида ниобия
Введение
Ниобий (Nb) является наиболее часто используемым материалом в сверхпроводящей электронике [1-3], но несколько групп исследовали свойства металлов и сплавов, которые могли бы представлять собой альтернативу ему. Нитрид ниобия (NbN), в частности, является перспективным материалом в этом отношении, учитывая его относительно высокую критическую температуру и ширину запрещенной зоны порядка 16 К и 2,5 мВ соответственно [4-8]. Температура перехода привлекательна из-за прогресса, достигнутого в охлаждении с замкнутым циклом, а величина разрыва является стимулирующей для инженерных устройств в терагерцовом диапазоне. В прошлом было посвящено несколько работ реализации сверхпроводящих туннельных переходов, полностью основанных на NbN [9].-11], но надежная технология получения образцов с качественными характеристиками, аналогичными образцам, полностью состоящим из ниобия [1,12], еще не создана.
Мы провели систематическое исследование производства пленок, полностью состоящих из NbN, и туннельных переходов, полностью состоящих из NbN. В предыдущей публикации авторы настоящей статьи исследовали влияние подложки на качество пленок NbN и границы раздела NbN/AlN [13], в то время как предварительные попытки литографии трехслойных слоев NbN/AlN/NbN были представлены в другой публикации [14]. ]. В настоящей статье продолжаются наши усилия по реализации высококачественных туннельных переходов, полностью состоящих из NbN. Мы впервые создали условия для воспроизводимого и контролируемого роста NbN хорошего качества, контролируя распыляющую плазму с помощью оптической спектроскопии [15-17]. Тот же метод был использован для получения тонких пленок AlN. Сначала мы решили сосредоточиться на AlN в качестве диэлектрического слоя в переходах NbN/AlN/NbN, поскольку этот материал кажется наиболее перспективным в настоящее время. Кроме того, в качестве первого шага мы сочли разумным согласовать наш общий рецепт изготовления с существующими процессами и литературой. Наряду с оптимальным и контролируемым ростом пленки мы также провели исследование анодирования этих пленок, поскольку этот метод необходим для большинства процедур, ведущих к формированию туннельных переходов.
Процессы определения рисунка на тонких пленках NbN обычно основаны на ионном травлении и последующем нанесении изолирующих слоев [9-11]. Вместо этого мы попытались ограничить наш рецепт изготовления минимальными процедурами, а именно только отрывной литографией и выборочным анодированием. Используя отрывную литографию, можно избежать агрессивных и высокоэнергетических процессов травления, таких как ионное измельчение и реактивное ионное травление (РИТ). Использование анодирования может уменьшить количество шагов маски и фотолитографии. В частности, нет необходимости наносить дополнительные изоляторы для разделения различных металлов в многослойных слоях. Во всех наших исследованиях подложки представляли собой коммерчески доступные кремниевые пластины, покрытые искусственным оксидом толщиной 1 мкм. Этот выбор также был продиктован перспективой создания рецепта, который вполне мог бы быть разработан для «крупномасштабных» коммерческих приложений.
Экспериментальный
Методы
Один из надежных способов нанесения пленок NbN и AlN состоит в использовании камеры реактивного распыления [4-8]. Однако при использовании такого метода качество пленок зависит от нескольких параметров: чистоты камеры осаждения, взаимного расположения источника и подложки, относительного давления N ₂ , магнитного поля, постоянного или используемая радиочастотная мощность и температура поверхности подложки. Последнее условие особенно критично, так как увеличение кинетической энергии ионов вблизи подложки способствует образованию нитридов, но ухудшает вакуумные условия. Контроль температуры особенно актуален, когда на подложке присутствуют литографические узоры, отпечатанные фоторезистом (органическим полимерным соединением, плавящимся выше 120 ° C), поскольку дегазация полимера загрязняет камеру осаждения. По этой причине температура подложки должна постоянно поддерживаться ниже 120 °C. Это часто приводит к необходимости чередовать периоды распыления с периодами прекращения распыления.
При визуальном осмотре плазмы во время распыления видно, что цвет тлеющего разряда меняется с синего на красный с увеличением концентрации азота. Количественный анализ этого эффекта можно получить, связав концентрацию N ₂ в плазме с интенсивностью эмиссионных линий, наблюдаемых с помощью спектрометра [15—17]. Этот метод позволил нам связать состав плазмы и окончательный состав нитридных пленок. Насколько нам известно, этот метод оптической спектрометрии впервые применяется при производстве сверхпроводящих металлических пленок для оптимизации температуры перехода и качества пленки. Поскольку отклонение от стехиометрического состава NbN влияет (снижает) на критическую температуру сверхпроводимости, картина эмиссионных линий в тлеющем разряде дает прямую информацию о критической температуре осаждаемых нитридных пленок. Для AlN состав газа влияет на удельное сопротивление пленки, и даже в этом случае рисунок эмиссионных линий в тлеющем разряде дает информацию об окончательном удельном сопротивлении напыленных пленок.
Анодирование слоя NbN осуществляли с помощью 1 молярного раствора пентабората аммония в этиленгликоле. Для окисления образцов NbN использовали метод контроля тока, т. е. задавали плотность тока и одновременно контролировали разность потенциалов ( В _с) между катодом и анодом в электролизере. Образцы анодировали с использованием различного смещения тока и соответствия напряжения ( В _c) для тщательного изучения влияния на рост оксида NbN. Ячейка имеет платиновый электрод на фиксированном расстоянии 1 см параллельно поверхности образца.
Было проведено систематическое исследование различной толщины (в зависимости от V _s ) для получения плотного слоя без дефектов и трещин. Анодированные пленки также были охарактеризованы с помощью оже-спектроскопии для анализа соединений, образующихся на поверхности, и их стехиометрии. Многослойный сверхпроводник/изолятор/сверхпроводник был получен путем последовательных напылений и структурирован с помощью предложенной методики анодирования для получения джозефсоновского перехода NbN/AlN/NbN, вольт-амперная характеристика которого была измерена в ванне с жидким гелием при 4,2 К [9]. 0005
Оборудование
Система распыления, используемая в нашем эксперименте, представляет собой коммерческую систему распыления Leybold, оснащенную двумя 4-дюймовыми магнетронными источниками постоянного и ВЧ-излучения и одним источником травления. Расходомер контролирует вход для N ₂ и Ar. Наконец, вращающаяся дисковая пластина удерживает в камере несколько подложек; эта пластина заземлена, чтобы обеспечить ионную очистку перед процессом распыления. Для осаждения NbN использовался режим постоянного тока с различными газовыми смесями N ₂ /Ar, (суммарное давление 5 × 10 ⁻¹ Па), а AlN напыляли в высокочастотном режиме (150 Вт) газовой смесью N ₂ и 20 см3/мин Ar, базовое давление в камере 10 ^-4 Па. В этих условиях скорость осаждения NbN и AlN составила 0,6 нм/с и 0,06 нм/с соответственно.
Калибровку скорости осаждения проводили путем измерения ex situ толщины полученной пленки с помощью профилометра. Все образцы, описанные в данной работе, были выращены на подложках Si(111), покрытых аморфным искусственно выращенным оксидом толщиной 1 мкм. Согласно общепринятым рецептам, описанным в литературе, расстояние между мишенью и подложкой составляет около 10 см, а температура подложки, измеряемая термопарой, поддерживается ниже 50 °C во время роста пленки NbN. Осуществляли попеременное мгновенное осаждение в течение 120 с с паузами около 20 с. Толщина осаждаемых пленок составляла 300 нм.
Критическая температура T _c тонких пленок NbN определена четырехзондовыми измерениями сопротивления в зависимости от температуры с образцами, прикрепленными к холодному пальцу криокулера Гиффорда-МакМагона. Характеристики пленок измерялись в зависимости от двух параметров процесса осаждения: мощности постоянного тока источника (увеличение или уменьшение скорости вспышки и паузы при напылении) и концентрации N ₂ в газовой смеси, присутствующей в процессе распыления. В этих условиях были получены пленки с различными температурами сверхпроводящего перехода ( T _c ) в диапазоне от 9,0 до 15,5 К. Листовое сопротивление (удельное сопротивление на единицу толщины) пленок AlN при комнатной температуре также было измерено с использованием четырех -зондовая техника. Были изготовлены различные образцы AlN с постоянной мощностью радиочастотного излучения (150 Вт) и потоком аргона (20 см3/мин), но с различной концентрацией азота в процессе распыления.
Спектры оптического излучения плазменного разряда были получены с помощью спектрометра Ocean Optics, модель HR 4000, в диапазоне 300–1000 нм, подключенного к вакуумной камере с помощью оптоволокна, направленного непосредственно в плазму. Измерения твердости, приведенного модуля и шероховатости поверхности были выполнены компанией Nano Test Micro Materials Ltd. с использованием алмазного наконечника Берковича.
Результаты и обсуждение
Пленки NbN
На рисунке 1 показаны два спектра оптического излучения тлеющего разряда в выбранном диапазоне длин волн, обнаруженные во время подготовки осаждения NbN непосредственно перед открытием затвора. Обе кривые показывают интенсивность пиков светового излучения в зависимости от длины волны, зарегистрированную при тлеющем разряде при фиксированной мощности 200 Вт. Данные показывают тренд интенсивности N ₂ и пиков Nb, когда содержание газа в камере изменяется от постоянного потока Ar (91 см3/мин) до смеси N ₂/Ar, полученной путем увеличения подачи N ₂ от 0 до 25 см3/мин. с шагом 5 см3/мин. Отметим, что интенсивность пика N ₂ (см. пик при 337 нм) увеличивается до значения, в 2,5 раза превышающего фон (600 а.е.), а пик Nb (416 нм) уменьшается примерно до половины своего максимума. ценность. Это происходит потому, что ниобий реагирует с N ₂ к нитриду. Чем больше N ₂ присутствует, тем выше количество генерируемого нитрида и меньше количество атомов Nb, излучающих в данной спектральной позиции. Относительная высота пиков Nb и N ₂ является параметром, который мы соотносим с температурами перехода (и качеством) наших пленок NbN. Для этого мы всегда выбираем спектральные линии, демонстрирующие наибольшую вариацию в зависимости от подачи азота. В этом конкретном случае (рис. 1) мы выбираем линии, упомянутые ранее, а именно 337 нм для N ₂ и 416 нм для Nb.
Рисунок 1: а) Пиковая интенсивность тлеющего разряда контролируется в области 328–367 нм, области энергий, в которой мы обнаруживаем пики как Nb, так и N ₂. На вставке указаны мощность, фиксированная концентрация Ar и диапазон количества N ₂. Цвет шести кривых, полученных для увеличения значений потока N ₂, начиная с 0 и до 25 см3/мин с шагом 5 см3/мин, следующий: черный, красный, зеленый, темно-синий, голубой и пурпурный. ; б) Пиковая интенсивность тлеющего разряда в области 388–438 нм, вставка как на панели а.
Рисунок 1: а) Пиковая интенсивность тлеющего разряда контролируется в области 328–367 нм, области энергий, в которой w. ..
Перейти к рисунку 1
На рис. 1 также показано, как количественно определить видимое невооруженным глазом изменение цвета плазмы и получить точную настройку состава плазмы во время напыления. Каждая из кривых, показанных на рисунке 1, соответствует разной концентрации N ₂ и в другие цвета, которые показаны на рисунке 2.
Рисунок 2: Цвет плазмы соответствует шести возрастающим значениям входного потока, описанным на рисунке 1 (0 см3/мин — крайний левый, 25 см3/мин — крайний правый).
Рисунок 2: Цвет плазмы, соответствующий шести возрастающим значениям входного потока, описанному на рисунке 1…
Перейти к рисунку 2
На рисунке 3 представлен трехмерный график, показывающий значения критической температуры ( T _c ) пленок NbN в зависимости от мощности постоянного тока, приложенной к мишени, и входа потока N ₂ в напыление. камера на 40 различных рецептов. T _c – температура, при которой электрическое сопротивление, измеренное методом четырехточечного датчика, падает до нуля. Мы изготовили более 100 пленок с постоянной толщиной около 300 нм. Несколько точек на графике рисунка 3 были неоднократно измерены с отклонением значений критической температуры в пределах десятых долей градуса.
Рисунок 3: Трехмерный график, построенный для оптимизации напыления. Каждая точка сетки соответствует образцу, изготовленному с заданным набором параметров. Мы видим, что в нашем аппарате с основным давлением 2 × 10 ⁻⁵ Па наибольшая Тл _c (15,5 К) получается при 300 Вт и газовой смеси 14% N ₂ в Ar .
Рисунок 3: Трехмерный график, построенный для оптимизации напыления. Каждая точка сетки соответствует выборке. ..
Перейти к рисунку 3
Для каждой пленки мы варьировали либо мощность постоянного тока, либо концентрацию N ₂ в камере. Отметим, что пленка с наибольшей критической температурой (15,5 К) получается при потоке N ₂ 13 см3/мин и приложенной мощности постоянного тока 300 Вт. К сожалению, большая мощность на мишени подразумевает высокую температуру на подложке. Следовательно, чтобы нанести пленки NbN на узорчатую маску, мы должны использовать меньшую мощность постоянного тока и найти другую концентрацию N ₂ . Потому что высокая температура, воздействующая на подложку, размягчает фоторезист и загрязняет пленки NbN. На рисунке 4 показан участок 3D-графика рисунка 3, соответствующий мощности постоянного тока 200 Вт. Мы можем более четко видеть, что поток N ₂ 9 см3/мин дает пленку NbN с T _c 14 K. Кроме того, по верхней оси рисунка 4 можно проследить зависимость T _c по соотношению высоты пиков на Nb и N ₂ . Таким образом, контролируя относительную высоту спектрометрических пиков, как упоминалось выше, мы можем проследить рост NbN и оценить ожидаемую температуру перехода.
Рисунок 4: Критическая температура T _c NbN как функция потока N ₂ и отношения пиков N ₂ /Nb. На вставке даны параметры осаждения.
Рисунок 4: Критическая температура T _c NbN как функция потока N ₂ и отношения пиков N ₂ /Nb. В …
Перейти к рисунку 4
Уравнение 1 дает соответствие измеренных значений T _c (поверхность на рисунке 3) в зависимости от мощности ( P ) в ваттах и потока азота ( F ) в куб. Мы наблюдаем сильную зависимость T _c от потока азота, тенденцию, противоположную данным, полученным Dawson-Elli et al. [5], которые работали в режиме насыщения потоком азота.
(1) Пленки AlN
На рисунке 5 представлены относительные интенсивности излучения оптической плазмы, полученные при осаждении пленок AlN, в диапазоне длин волн 590–820 нм. Спектры сняты при постоянной ВЧ-мощности 150 Вт, в то время как N 9Смесь 0242 2 /Ar варьируется путем изменения потока N ₂ от 0 до 100 см3/мин при сохранении потока Ar постоянным на уровне 20 см3/мин. С увеличением потока N ₂ пики N ₂ увеличиваются, а пики Ar уменьшаются. Аналогично тому, что мы сделали для NbN (рис. 1), мы соотнесли относительную высоту двух пиков (для N ₂ и Ar) с проводимостью пленки.
Рисунок 5: Спектр эмиссионных линий. Детали AlN для различных значений N ₂ флюс (начиная с 0 и до 100 см3/мин с шагом 20 см3/мин, цвета: черный, красный, зеленый, темно-синий, голубой и пурпурный) при фиксированной мощности (150 Вт) и Ar поток 20 см3/мин.
Рисунок 5: Спектр эмиссионных линий. Детали AlN для различных значений потока N ₂ (начиная с 0 и…
Перейти к рисунку 5
На рисунке 6 мы наносим поверхностное сопротивление осажденных пленок AlN в зависимости от состава смеси N ₂/Ar и отношения пиков N ₂/Ar. Мы выбрали из рисунка 5 пики с высокой интенсивностью, которые также очень реагировали на изменения газового потока (пики Ar и N ₂ при 750 нм и 660 нм соответственно). Спектральные линии Ar и N ₂ должны быть достаточно близки, чтобы их можно было одновременно визуализировать на дисплее спектрометра. Невозможно измерить поверхностное сопротивление высокоизолирующей пленки. Однако мы подсчитали, что, когда пиковое отношение N ₂ /Ar близко к 2,63 сопротивление выше 4,53 × 10 ⁶ Ом/кв. (10 МОм — это максимальное значение, которое может быть измерено нашей установкой для сбора данных.)
Рисунок 6: Удельное сопротивление пленки AlN в зависимости от газового потока N ₂ /Ar и отношения пиков Ar/N ₂. ВЧ мощность была зафиксирована на уровне 150 Вт.
Рисунок 6: Удельное сопротивление пленки AlN в зависимости от N 9Поток газа 0242 2 /Ar и отношение пиков Ar/N ₂. ВЧ мощность была фиксированной…
Перейти к рисунку 6
Анодирование NbN
Для рецепта анодирования мы начали выбирать параметры, обычно используемые для анодирования ниобия, а именно плотности тока {10; 1; 0,3; 0,1} мА/см ² при различных напряжениях соответствия. На рисунке 7 мы показываем разницу напряжений между пленками NbN и противоэлектродом во время процесса анодирования в зависимости от времени. На вставке указаны токи и напряжения анодирования. Мы заметили, что шум напряжения присутствует при высоких плотностях тока (кривые 1, 2, 3), что снижает В _c от 150 до 90 В.
Рисунок 7: Напряжения пленки в зависимости от времени, полученные при изменении плотности тока и напряжения соответствия для различных образцов в нашем процессе анодирования NbN. Число рядом с каждой кривой связано с параметрами тока и напряжения, указанными на вставке.
Рисунок 7: Напряжения на пленке в зависимости от времени, полученные при изменении плотности тока и напряжения соответствия…
Перейти к рисунку 7
Более того, для этих трех образцов (1,2,3) отчетливо видны изменения наклона, что является сигналом неравномерного процесса окисления, а также того, что трещины и разрывы повреждают пленку. Наличие изломов и трещин также подтверждается оптическим анализом поверхностей. Действительно, после окисления образцов 1, 2 и 3 окисленные пленки полностью расслаивались (рис. 8а). Видимый контур, отделяющий верх от низа, представляет собой разделение между NbN (вверху) и анодированным ниобием (внизу).
Рисунок 8: Изображения оптической микроскопии при 100-кратном увеличении а) образца 1 в а) и б) образца 6. Верхняя часть снимков — пленка NbN, а нижняя часть — оксидированная пленка после процесса анодирования.
Рисунок 8: Изображения оптической микроскопии при 100-кратном увеличении а) образца 1 в а) и б) образца 6. Верхняя часть…
Перейти к рисунку 8
При уменьшении плотности тока (кривые 4 и 5) и Vc до 30 В флуктуации Vs уменьшились и адгезия пленок улучшилась, хотя образец, соответствующий кривым 4 и 5, все еще оставался проводящим. Тщательный анализ этих двух кривых на рисунке 7 показывает, что изменение наклона все еще присутствует в районе 20–25 В. Дальнейшее уменьшение В пост. . Согласно оптическому и электрическому анализу пленка является однородной, имеет хорошую адгезию и является электрическим изолятором (поверхностное сопротивление более 10 МОм/кв.м). На рисунке 8b видно, что поверхность окисленного Nb (нижняя часть) довольно гладкая и обладает хорошей адгезией (позже мы подробнее прокомментируем механические свойства). Оксидная пленка, выращенная на NbN, имеет разную конечную толщину из-за разных параметров решетки (рис. 9).). NbN имеет кубическую структуру ( Fm −3 m , пространственная группа 255, a = 0,44 нм, что соответствует объему ячейки 0,0846 нм ³ ), тогда как Nb _x O O (стабильная стехиометрия для изолятора должна быть Nb ₂ O ₅ ) имеет орторомбическую структуру ( a = 0,398 нм, b = 0,382 нм и c 91,163 объема ячейки, c 91,1633). нм ³ ).
Рисунок 9: Схема окисленной пленки, выращенной на NbN. Общая толщина оксида ( T _EXT + T _INT) выше исходной толщины NbN ( T _INT).
Рисунок 9: Схема окисленной пленки, выращенной на NbN. Общая толщина оксида ( Т _Вн + T _INT ) выше…
Перейти к рисунку 9
Из измерения толщины ступени и предположения об однонаправленном росте оксида (свободное пространство) мы получили следующее соотношение, где T обозначает толщину (символы см. на рис. 9): T _INT /( T _EXT + T _INT ) ≈ 0,0846/0,194 и T _OX ≈ 1,8· T _EXT .
Толщину оксидного слоя можно предсказать по высоте ступеньки. В качестве дополнительной зависимости между толщиной оксида T и напряжением на образце Vs мы нашли T ≈ (2,8 нм) V _s . Это соотношение может быть связью между максимальным напряжением и максимальной толщиной (около 60 нм), которую мы можем вырастить до того, как трещина или излом начнут повреждать пленку. При механической характеристике, выполненной при максимальной нагрузке 1 мН, мы наблюдали непрерывные и гладкие графики зависимости нагрузки от глубины. Отсутствие трещин и отслоений при измерениях свидетельствует о хорошей адгезии пленки к подложке. При изменении состава слоя с NbN на Nb _x O _y твердость и приведенный модуль уменьшаются, соответственно, со среднего значения 5,9 ГПа до 4,6 ГПа и с 85 ГПа до 78 ГПа. Шероховатость оксидированной поверхности составляла ±5 нм.
Чтобы определить химический состав выращенной пленки, мы провели электронную оже-спектроскопию (ОЭС), и спектры показаны на рисунке 10. Из измерений наблюдается полная замена азота кислородом, и можно экстраполировать приблизительную стехиометрию, совместимую с Nb 9.0242 2 О ₅ .
Рисунок 10: Оже-электронная спектроскопия исходного образца NbN до и после анодирования. Перед измерениями был проведен процесс очистки мягкой поверхности травлением ионами аргона. Из спектров видно, что до процесса присутствуют только ниобий и азот. После процесса окисления азот полностью замещался кислородом.
Рисунок 10: Оже-электронная спектроскопия исходного образца NbN до и после анодирования. Мягкая поверхность…
Перейти к рисунку 10
Туннельные переходы
На рисунке 11а показана вольт-амперная характеристика джозефсоновского перехода, измеренная при 4,2 К. Трехслойный переход (NbN/AlN/NbN) образован тремя пленками разной толщины, а именно 175 нм, 2 нм и 360 нм. Выбор толщины пленок был обусловлен конструктивными требованиями. Переходы Джозефсона (рис. 12) были реализованы с использованием УФ-литографии и процесса отрыва. Размер (10 × 10) мкм ² области стыков были определены анодированием верхнего слоя по стандартной методике [14]. Параметры этого соединения являются репрезентативным результатом нашего производственного рецепта: плотность критического тока Джозефсона j _c = 14,2 А/см ² , произведение максимального критического тока и нормального сопротивления I _c ·R _NN = 1,63 мВ, R _NN / R _SG = 10, В _m = I _C ·R _SG = 16,3 мВ, суммарное напряжение промежутка V _G = 3,6 мВ. Эти параметры в достаточной степени согласуются с данными других исследовательских групп (10 А/см ² < j _c < 8 кА/см ² , 1,7 мВ < I _c ·R _{·R _NN < 3,32 мВ, 5 < ( R _NN / R _SG ) < 40, 13 мВ < В _м < 100 мВ, суммарное напряжение промежутка 4,2 мВ < В _G < 5,6 мВ [9-11]), тем самым подтверждая очевидное впечатление от общего разумного результата нашего производственного процесса. Этот вывод особенно обнадеживает, если учесть, что процессы изготовления других групп проводились на кристаллических подложках, доведенных до высоких температур в процессе осаждения.}
Рисунок 11: а) вольт-амперная характеристика джозефсоновского перехода NbN и б) дифрактограмма, полученная при измерении Дж c в зависимости от приложенного магнитного поля. Непрерывная линия представляет собой аппроксимацию, полученную путем наложения джозефсоновского распределения тока, «закругленного» по углам номинально квадратной площади.
Рисунок 11: а) Вольт-амперная характеристика джозефсоновского перехода NbN и б) полученная мной дифрактограмма…
Перейти к рисунку 11
Рисунок 12: Раздел наших образцов с указанием слоев этапов изготовления и их относительной толщины.
Рисунок 12: Раздел наших образцов с указанием слоев этапов изготовления и их относительной толщины…
Перейти к рисунку 12
Из картины дифракции магнитного поля на рисунке 11b мы можем извлечь лондоновскую глубину проникновения наших пленок NbN, равную 500 ± 30 нм. Этот результат хорошо согласуется с предыдущими результатами, полученными при осаждении NbN на ненагретые подложки [18,19]. Рисунок показывает несколько неравномерное распределение тока Джозефсона [20], что, по нашему предположению, связано с изменением контура переходов в процессе анодирования. Сплошная линия на рисунке 11b соответствует данным, полученным при неравномерном распределении тока Джозефсона в переходе, а именно, профиль, закругленный по углам предполагаемой прямоугольной формы.
Известно, что рост туннельных переходов NbN/AlN/NbN на окисленных кремниевых подложках может приводить к формированию неоптимального барьера. Чтобы проверить влияние подложки на трислои, мы планируем испытать наш трехслойный процесс на подложках MgO, которые, как известно, обеспечивают высочайшее качество туннельного барьера [13]. Однако мы не уверены, что природа подложки является единственным решающим фактором при изготовлении туннельных переходов на основе NbN с превосходным качеством. Мы действительно показали, что приемлемый (с точки зрения результатов) процесс NbN может быть получен только путем отрывной литографии и анодирования сверхпроводящих пленок, выращенных на «холодном» аморфном оксиде кремния. Усовершенствования этого рецепта могут существенно упростить изготовление и привести к заметному прогрессу в научной и технической полезности туннельных устройств, полностью состоящих из NbN.
Заключение
Жизнеспособный метод оптического контроля и своевременной настройки химического состава плазмы в процессе распыления был применен для выращивания тонких пленок нитрида ниобия и нитрида алюминия. Преимущество этого метода оптической спектроскопии состоит в том, что контроль химического состава пленки больше не зависит от системы и дает объективные преимущества при реактивном напылении. Мы показали, что для сверхпроводящих пленок NbN этот метод позволяет увеличить или уменьшить поток азота и получить наилучший химический состав в рамках ограничений, накладываемых другими параметрами роста. Точно так же можно предсказать и получить проводящие или изолирующие свойства AlN.
Мы адаптировали процесс осаждения к литографическим и технологическим потребностям для реализации устройств сверхпроводник/изолятор/сверхпроводник и переходов Джозефсона. Эти методы основаны на трех слоях NbN/AlN/NbN и требуют в качестве первого шага в процессе изготовления использования подложки с рисунком фоторезиста. Это условие, в свою очередь, ограничивает максимальную приемлемую мощность постоянного тока до 200 Вт. Для снижения мощности распыления необходимо заново определить состав плазмы, поскольку только правильное количество N ₂ в составе плазмы дает самую высокую критическую температуру пленки NbN. Наивысшая температура перехода была достигнута при отношении N ₂ /Nb, равном 1,42, что соответствует потоку N ₂, равному 9 см3/мин.
Мы представили необходимые значения плотности тока и напряжения соответствия для получения контролируемого и стабильного окисления тонкой пленки NbN. Оже-электронная спектроскопия и анализ наноиндентирования были использованы для проверки, соответственно, полного окисления поверхности и механической стабильности пленки. Нами также обнаружена зависимость между ростом оксидной пленки и напряжением при анодировании как методе регулирования ее толщины до нескольких ангстрем в секунду. Свойства и качество джозефсоновских переходов, полученных с использованием нашего моделирования, основанного на отрывной литографии на холодных подложках и анодировании NbN для определения области перехода, не сильно отличаются от тех, о которых сообщают другие группы для высокотемпературного осаждения пленок и реактивных материалов. травление для определения геометрии.
Ссылки
Мердак, Дж. М. Тонкие пленки 2001, 28, 271–317. дои: 10.1016/S1079-4050(01)80022-3
Часть специального выпуска Frontiers of Thin Film Technology под редакцией Мориса Х. Франкомба.
Вернуться к цитированию в тексте: [1] [2]
Луччи, М.; Рен, Дж.; Сарвана, С.; Оттавиани, И.; Чирилло, М.; Бадони, Д.; Салина, Г. IEEE Trans. заявл. Суперконд. 2016, 26, 1300905. doi:10.1109/TASC.2016.2535146
Вернуться к цитированию в тексте: [1]
Луччи, М.; Бадони, Д.; Мерло, В.; Оттавиани, И.; Салина, Г.; Чирилло, М.; Устинов, А. В.; Винклер, Д. Phys. Преподобный Летт. 2015, 115, 107002. doi:10.1103/PhysRevLett.115.107002
Вернуться к цитированию в тексте: [1]
Нигро, А. ; Нобиле, Г.; Пальмиери, В.; Рубино, Г.; Вальо, Р. Phys. Скр. 1988, 38, 483–485. дои: 10.1088/0031-8949/38/3/027
Вернуться к цитированию в тексте: [1] [2]
Доусон-Элли, Д. Ф.; Фунг, Калифорния; Nordman, J. E. IEEE Trans. Магн. 1991, 27, 1592. doi:10.1109/20.133489
Вернуться к цитированию в тексте: [1] [2] [3]
Ноат, Ю.; Черкез, В.; Брун, К.; Крен, Т.; Карбийет, К.; Дебонтриддер, Ф.; Ильин, К.; Сигель, М.; Семенов, А.; Хюберс, Х.-В.; Родичев, Д. Phys. Ред. B 2013, 88, 014503. doi:10.1103/PhysRevB.88.014503
Вернуться к цитированию в тексте: [1] [2]
Чаудхури, С.; Невала, М. Р.; Maasilta, I. J. Appl. физ. лат. 2013, 102, 132601.
Вернуться к цитированию в тексте: [1] [2]
Хазра, Д.; Цавдарис, Н.; Джебари, С.; Гримм, А.; Бланше, Ф.; Мерсье, Ф.; Бланке, Э.; Шапелье, К.; Hofheinz, M. Supercond. науч. Технол. 2016, 29, 105011.
Вернуться к цитированию в тексте: [1] [2]
Нагаи, Ю.; Акаике, Х .; Канада, Р.; Найто, Н.; Фудзимаки, А. Supercond. науч. Технол. 2009, 22, 114015. doi:10.1088/0953-2048/22/11/114015
Вернуться к цитированию в тексте: [1] [2] [3]
Ван, З.; Тераи, Х .; Каваками, А.; Удзава, Ю. Суперконд. науч. Технол. 1999, 12, 868. doi:10.1088/0953-2048/12/11/352
Вернуться к цитированию в тексте: [1] [2] [3]
Мекбах, Дж. М. Сверхпроводящая многослойная технология для устройств Джозефсона. Кандидат наук. Диссертация, Университет Карлсруэ, Германия, 2013.
Вернуться к цитированию в тексте: [1] [2] [3]
Гурвич, М.; Вашингтон, Массачусетс; Huggins, H. A. , заявл. физ. лат. 1983, 42, 472. doi:10.1063/1.93974
Вернуться к цитированию в тексте: [1]
Луччи, М.; Санна, С.; Контини, Г.; Зема, Н.; Мерло, В.; Сальвато, М.; Тхань, Х. Н.; Даволи, И. Прибой. науч. 2007, 601, 2647. doi:10.1016/j.susc.2006.11.078
Вернуться к цитированию в тексте: [1] [2]
Луччи, М.; Тхань, Х. Н.; Даволи, И. Сверхрешетки Микроструктура. 2008, 43, 518–523. doi:10. 1016/j.spmi.2007.07.029
Вернуться к цитированию в тексте: [1] [2]
Замбрано, Г.; Риаскос, Х.; Прието, П.; Рестрепо, Э.; Девиа, А.; Ринкон, д. Прибой. Пальто. Технол. 2003, 172, 144. doi:10.1016/S0257-8972(03)00339-6
Вернуться к цитированию в тексте: [1] [2]
Генри, Ф.; Дулуард, К.Ю.; Батан, А.; Reniers, F. Thin Solid Films 2012, 520, 6386. doi:10.1016/j.tsf.2012.06.048
Вернуться к цитированию в тексте: [1] [2]
Пана, И.; Вителару, К.; Зойта, Северная Каролина; Брайч М. Плазменные процессы Полим. 2016, 13, 208. doi:10.1002/ppap.201400202
Вернуться к цитированию в тексте: [1] [2]
Weihnacht, M. Phys. Статус Solidi 1969, 32, K169–K172. doi: 10.1002/pssb.196
259
Вернуться к цитированию в тексте: [1]
Кубо, С.; Асахи, М.; Хикита, М.; Игараши, М. , заявл. физ. лат. 1984, 44, 258. doi:10.1063/1.94690
Вернуться к цитированию в тексте: [1]
Бароне, А.; Патерно, Г. Физика и приложения эффекта Джозефсона; John Wiley & Sons: Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США, 1982 г.
См., в частности, раздел 4.4.
Вернуться к цитированию в тексте: [1]
Каталожные номера 1-3
1. Мердак, Дж. М. Тонкие пленки 2001, 28, 271–317. дои: 10.1016/S1079-4050(01)80022-3
Часть специального выпуска Frontiers of Thin Film Technology под редакцией Мориса Х. Франкомба.
2. Луччи, М .; Рен, Дж.; Сарвана, С.; Оттавиани, И.; Чирилло, М .; Бадони, Д.; Салина, Г. IEEE Trans. заявл. Суперконд. 2016, 26, 1300905. doi:10.1109/TASC.2016.2535146
3. Луччи, М .; Бадони, Д.; Мерло, В.; Оттавиани, И.; Салина, Г.; Чирилло, М .; Устинов, А. В.; Винклер, Д. физ. Преподобный Летт. 2015, 115, 107002. doi:10.1103/PhysRevLett.115.107002
Перейти к каталожным номерам 1-3
Каталожный номер 13
13. Луччи, М .; Санна, С .; Контини, Г.; Зема, Н.; Мерло, В.; Сальвато, М .; Тхань, HN; Даволи, И. Прибой. науч. 2007, 601, 2647. doi:10.1016/j. susc.2006.11.078
Перейти к каталожному номеру 13
Артикул 20
20. Бароне, А .; Патерно, Г. Физика и приложения эффекта Джозефсона; John Wiley & Sons: Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США, 1982 г.
См., в частности, раздел 4.4.
Перейти к каталожному номеру 20
Каталожные номера 1,12
1. Мердак, Дж. М. Тонкие пленки 2001, 28, 271–317. дои: 10.1016/S1079-4050(01)80022-3
Часть специального выпуска Frontiers of Thin Film Technology под редакцией Мориса Х. Франкомба.
12. Гурвич, М.; Вашингтон, Массачусетс; Хаггинс, Х. А. заявл. физ. лат. 1983, 42, 472. doi:10.1063/1.93974
Перейти к каталожным номерам 1,12
Каталожный номер 13
13. Луччи, М .; Санна, С .; Контини, Г.; Зема, Н.; Мерло, В.; Сальвато, М .; Тхань, HN; Даволи, И. Прибой. науч. 2007, 601, 2647. doi:10.1016/j.susc.2006.11.078
Перейти к каталожному номеру 13
Каталожные номера 9-11
9. Нагаи, Ю.; Акаике, Х .; Канада, Р .; Найто, Н.; Фудзимаки, А. Supercond. науч. Технол. 2009, 22, 114015. doi:10.1088/0953-2048/22/11/114015
10. Ван, З .; Тераи, Х .; Каваками, А .; Удзава, Ю. Суперконд. науч. Технол. 1999, 12, 868. doi:10.1088/0953-2048/12/11/352
11. Мекбах, Дж. М. Сверхпроводящая многослойная технология для устройств Джозефсона. Кандидат наук. Диссертация, Университет Карлсруэ, Германия, 2013.
Перейти к каталожным номерам 9-11
Каталожные номера 9-11
9. Нагаи, Ю.; Акаике, Х .; Канада, Р .; Найто, Н.; Фудзимаки, А. Supercond. науч. Технол. 2009, 22, 114015. doi:10.1088/0953-2048/22/11/114015
10. Ван, З .; Тераи, Х .; Каваками, А .; Удзава, Ю. Supercond. науч. Технол. 1999, 12, 868. doi:10.1088/0953-2048/12/11/352
11. Мекбах, Дж. М. Сверхпроводящая многослойная технология для устройств Джозефсона. Кандидат наук. Диссертация, Университет Карлсруэ, Германия, 2013.
Перейти к каталожным номерам 9-11
Каталожные номера 4-8
4. Нигро, А .; Нобиле, Г.; Пальмиери, В.; Рубино, Г.; Vaglio, R. Phys. Скр. 1988, 38, 483–485. дои: 10.1088/0031-8949/38/3/027
5. Доусон-Элли, Д.Ф.; Фунг, Калифорния; Nordman, JE IEEE Trans. Магн. 1991, 27, 1592. doi:10.1109/20.133489
6. Ноат, Ю.; Черкез, В.; Брун, К.; Крен, Т .; Карбийет, К.; Дебонтриддер, Ф.; Ильин, К .; Сигель, М. ; Семенов, А .; Хюберс, Х.-В.; Родичев, д. физ. B 2013, 88, 014503. doi:10.1103/PhysRevB.88.014503
7. Чаудхури, С .; Невала, штат Массачусетс; Maasilta, IJ Appl. физ. лат. 2013, 102, 132601.
8. Хазра, Д.; Цавдарис, Н .; Джебари, С.; Гримм, А .; Бланше, Ф .; Мерсье, Ф.; Бланке, Э.; Шапелье, К.; Хофхайнц, М. Суперконд. науч. Технол. 2016, 29, 105011.
Перейти к каталожным номерам 4-8
Каталожные номера 18,19
18. Weihnacht, M. Phys. Состояние Solidi 1969, 32, K169–K172. doi: 10.1002/pssb.196
259
19. Кубо, С .; Асахи, М.; Хикита, М .; Игараши, М. заявл. физ. лат. 1984, 44, 258. doi:10.1063/1.94690
Перейти к каталожным номерам 18,19
Каталожные номера 4-8
4. Нигро, А .; Нобиле, Г.; Пальмиери, В.; Рубино, Г.; Vaglio, R. Phys. Скр. 1988, 38, 483–485. дои: 10.1088/0031-8949/38/3/027
5. Доусон-Элли, Д.Ф.; Фунг, Калифорния; Nordman, JE IEEE Trans. Магн. 1991, 27, 1592. doi:10.1109/20.133489
6. Ноат, Ю.; Черкез, В.; Брун, К.; Крен, Т .; Карбийет, К.; Дебонтриддер, Ф.; Ильин, К .; Сигель, М.; Семенов, А . ; Хюберс, Х.-В.; Родичев Д. Phys. Ред. B 2013, 88, 014503. doi:10.1103/PhysRevB.88.014503
7. Чаудхури, С .; Невала, штат Массачусетс; Maasilta, IJ Appl. физ. лат. 2013, 102, 132601.
8. Хазра, Д.; Цавдарис, Н .; Джебари, С.; Гримм, А .; Бланше, Ф .; Мерсье, Ф.; Бланке, Э.; Шапелье, К.; Хофхайнц, М. Суперконд. науч. Технол. 2016, 29, 105011.
Перейти к каталожным номерам 4-8
Каталожный номер 5
5. Доусон-Элли, Д.Ф.; Фунг, Калифорния; Nordman, JE IEEE Trans. Магн. 1991, 27, 1592. doi:10.1109/20.133489
Перейти к ссылке 5
Ссылки 9-11
9. Нагаи, Ю.; Акаике, Х .; Канада, Р .; Найто, Н.; Фудзимаки, А. Supercond. науч. Технол. 2009, 22, 114015. doi:10.1088/0953-2048/22/11/114015
10. Ван, З .; Тераи, Х .; Каваками, А .; Удзава, Ю. Supercond. науч. Технол. 1999, 12, 868. doi:10.1088/0953-2048/12/11/352
11. Мекбах, Дж. М. Сверхпроводящая многослойная технология для устройств Джозефсона. Кандидат наук. Диссертация, Университет Карлсруэ, Германия, 2013.
Перейти к каталожным номерам 9-11
Каталожный номер 14
14. Луччи, М .; Тхань, HN; Даволи, д. Сверхрешетки Микроструктура. 2008, 43, 518–523. doi:10.1016/j.spmi.2007.07.029
Перейти к каталожному номеру 14
Каталожные номера 15-17
15. Замбрано, Г.; Риаскос, Х .; Прието, П.; Рестрепо, Э.; Девиа, А .; Ринкон, C. Surf. Пальто. Технол. 2003, 172, 144. doi:10.1016/S0257-8972(03)00339-6
16. Генри, Ф .; Дулуард, CY; Батан, А .; Reniers, F. Thin Solid Films 2012, 520, 6386. doi:10.1016/j.tsf.2012.06.048
17. Пана, И.; Вителару, К.; Зойта, Северная Каролина; Брайч, М. Плазменные процессы Полим. 2016, 13, 208. doi:10.1002/ppap.201400202
Перейти к каталожным номерам 15-17
Каталожный номер 14
14. Луччи, М .; Тхань, HN; Даволи, И. Микроструктура сверхрешеток. 2008, 43, 518–523. doi:10.1016/j.spmi.2007.07.029
Перейти к каталожному номеру 14
Каталожные номера 15-17
15. Замбрано, Г.; Риаскос, Х .; Прието, П.; Рестрепо, Э.; Девиа, А .; Ринкон, C. Surf. Пальто. Технол. 2003, 172, 144. doi:10.1016/S0257-8972(03)00339-6
16. Генри, Ф .; Дулуард, CY; Батан, А .; Reniers, F. Тонкие твердые пленки 2012, 520, 6386. doi:10.1016/j.tsf.2012.06.048
17. Пана, И.; Вителару, К.; Зойта, Северная Каролина; Брайч, М. Плазменные процессы Полим. 2016, 13, 208. doi:10.1002/ppap.201400202
Перейти к ссылкам 15-17
Модернизация ЦЕРН с помощью магнитов из ниобия-олова
Сверхпроводимость впервые была обнаружена в 1911, но в течение многих лет оставался лабораторной диковинкой, пока металлургические и производственные технологии изо всех сил пытались наверстать упущенное. Первым открытым сверхпроводником на основе ниобия был ниобий-олово (Nb3Sn) компанией Bell Telephone Laboratories в 1954 году, и это побудило к разработке многих других сверхпроводников, включая ниобий-титан в 1962 году.
Введение
Постоянное увеличение энергии коллайдеров в течение последних 40 лет, которое способствовало некоторым из величайших открытий в физике элементарных частиц, стало возможным благодаря прогрессу в сверхпроводящих материалах и ускорительных магнитах.
Наивысшие энергии частиц были достигнуты на протон-протонных коллайдерах, где пучки высокой жесткости, движущиеся по кусочно-круговой траектории, требуют магнитных полей, значительно превышающих те, которые можно создать с помощью резистивных электромагнитов.
Начиная с Тэватрона в 1983 г., через HERA в 1991 г., RHIC в 2000 г. и, наконец, (Большой адронный коллайдер) LHC в 2008 г., все крупномасштабные адронные коллайдеры были построены с использованием сверхпроводящих магнитов. Большие сверхпроводящие магниты для детекторов так же важны для экспериментов по физике высоких энергий, как магниты для пучков лучей для ускорителей частиц.
В детекторных магнитах tact , сверхпроводимость закрепилась, с самого зарождения технологии в 1960-х годах, с крупными установками, такими как большой соленоид с пузырьковой камерой в Аргоннской национальной лаборатории, за которым последовал гигантский соленоид BEBC в ЦЕРН, который много лет удерживал рекорд по наибольшей накопленной энергии. Длинная линия сверхпроводящих магнитов обеспечивает магнитные поля для детекторов всех крупномасштабных коллайдеров физики высоких энергий, самыми последними из которых являются эксперименты LHC, компактный мюонный соленоид (CMS) и ATLAS.
A Nb ₃ Sn Кабель Резерфорда с отдельными жилами и изоляцией из стекловолокна, частично развернутый. Фотографии: M Brice/CERN
Оптимизация
У всех прошлых магнитов ускорителя и детектора была одна общая черта: они были построены с использованием композитных проводов и кабелей Nb-Ti/Cu. Nb-Ti — пластичный сплав с критическим полем 14,5 Тл и критической температурой 9.2 K, изготовленный из почти равных частей двух составляющих. В 1962 году было обнаружено, что он обладает сверхпроводимостью, а его характеристики, качество и стоимость были оптимизированы за более чем полвека исследований, разработок и крупномасштабного промышленного производства. Действительно, маловероятно, что характеристики дипольных магнитов LHC, которые до сих пор работали при 7,7 Тл и, как ожидается, достигнут номинальных условий при 8,33 Тл, могут быть превзойдены с использованием того же сверхпроводящего материала или любого обозримого улучшения этого сплава.
И все же одобренные проекты и исследования будущих круговых машин призывают к разработке сверхпроводящих магнитов, которые создают поля, превышающие поля, создаваемые для LHC. К ним относятся БАК высокой светимости (HL-LHC), который в настоящее время находится в стадии формирования, и исследование конструкции будущего кругового коллайдера (FCC), оба в ЦЕРН, а также исследования и программы за пределами Европы, такие как Суперпротон-протонный коллайдер. в Китае (SppC) или прошлые исследования очень большого адронного коллайдера в Фермилабе и программы Мюонного ускорителя Министерства энергетики США.
Это требует обращения к другим сверхпроводящим материалам и новым магнитным технологиям.
Один из 11 диполей ниобий-олово T для HL-LHC, изображенный на объекте больших магнитов ЦЕРН в январе 2020 года. Фото: M Rayner/CERN
Трамплин HL-LHC
Для достижения своей основной цели, увеличения нивелированной светимости LHC на ATLAS и CMS, а также интегральной светимости в 10 раз, HL-LHC требуются квадруполи с очень большой апертурой, с уровнями поля на coii в диапазоне 12 Тл. в областях взаимодействия. Эти квадруполи, которые в настоящее время строятся и испытываются в ЦЕРН и Фермилабе, являются главным плодом 10-летней исследовательской программы Министерства энергетики США по ускорителю БАК (US-LARP) — совместного предприятия ЦЕРН, Брукхейвенской национальной лаборатории, Фермилаб и Лоуренса Беркли. Лаборатория.
Кроме того, повышенная интенсивность луча требует установки коллиматоров в местах внутри «подавителя дисперсии» LHC, части ускорителя, где регулярная магнитная решетка модифицирована, чтобы гарантировать, что частицы с неимпульсными частицами центрируются в точках взаимодействия. Чтобы получить необходимое пространство, стандартные дуговые диполи будут заменены диполями меньшей длины и более сильным полем, приблизительно 11 Тл.
Как было описано ранее, такие поля требуют использования новых материалов. Для HL-LHC предпочтительным материалом является интерметаллическое соединение ниобия и олова Nb3Sn, открытое в 1954. Nb3Sn имеет критическое поле около 30 Тл и критическую температуру около 18 К, что превосходит Nb-Ti в два раза. Хотя Nb3Sn был обнаружен раньше Nb-Ti и демонстрирует лучшие характеристики, он до сих пор не использовался для магнитов ускорителей, потому что в своей окончательной форме он является хрупким и не может выдерживать большие напряжения и деформации без специальных мер предосторожности.
«HL-LHC — это трамплин в будущее магнитов для ускорителей сильного поля»
На самом деле, Nb3Sn был одним из материалов-кандидатов, которые рассматривались для LHC в конце 1980-х и середине 1990-х годов. Уже в то время было продемонстрировано, что ускорительные магниты могут быть изготовлены из Nb3Sn, но также было ясно, что технология сложна, с рядом критических этапов и не созрела для крупномасштабного производства. Хороший
20 лет прогресса в основных характеристиках материалов, разработке кабелей, магнитной инженерии и управлении промышленными процессами были необходимы, чтобы достичь нынешнего состояния, в течение которых успех производства Nb3Sn для термоядерного эксперимента ИТЭР вселил уверенность в достоверность этого Материал для крупномасштабных приложений. В результате специалисты по магнитам теперь убеждены, что технология Nb3Sn достаточно зрелая, чтобы удовлетворить сложные уровни поля, требуемые HL-LHC.
Силовая пара Nb ₃ Sn 11 T диполей для HL-LHC, проходящих испытания на установке SM18 ЦЕРН в феврале. Фото : CERN-PHOTO-202002-038-5
Сложный рецепт
Настоящий рецепт изготовления ускорительных магнитов Nb3Sn состоит из намотки катушки магнита кабелями с изоляцией из стекловолокна, изготовленными из многожильных проводов, которые
содержат прекурсоры Nb и Sn в матрице Cu.
В такой форме кабели можно манипулировать и пластически деформировать без поломки. Затем катушки подвергаются термообработке, обычно при температуре около 650 °C, во время которой элементы-предшественники вступают в химическую реакцию и образуют желаемую сверхпроводящую фазу Nb3Sn.
На этой стадии прореагировавшие клетки чрезвычайно хрупки и нуждаются в защите от любого механического воздействия.