Авторы |
Позднякова Олеся Дмитриевна, аспирант, Институт физики и химии, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева (Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, 68), pozdn-olesya@yandex.ru
Шорохов Алексей Владимирович, доктор физико-математических наук, профессор, кафедра теоретической физики, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева (Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, 68), alex.shorokhov@mail.ru
|
Аннотация |
Актуальность и цели. Контакты Джозефсона можно использовать для параметрического усиления высокочастотного излучения, в том числе и в терагерцовом диапазоне, при этом джозефсоновское излучение контакта выполняет функцию накачки. Однако мощность параметрического усиления одиночным контактом мала (единицы нВт), поэтому большой интерес представляют массивы контактов Джозефсона, допускающих в настоящее время благодаря успехам в технологии их изготовления синхронизацию, необходимую для достижения когерентного излучения достаточной мощности, которая может достигать нескольких мкВт для больших массивов.
Материалы и методы. Расчеты вольт-амперной характеристики и поглощенной мощности контакта и массива контактов в резонаторе проводились в рамках резистивной модели контакта Джозефсона с использованием численных методов решения систем дифференциальных уравнений и интегрирования.
Результаты. Теоретически изучена параметрическая генерация высокочастотного электромагнитного излучения контактами и массивами контактов Джозефсона в резонаторе. Вычислены вольт-амперные характеристики и поглощенная мощность внешнего высокочастотного излучения контакта и одномерного массива одинаковых последовательно соединенных контактов Джозефсона в резонаторе в рамках резистивной модели джозефсоновского контакта при разных параметрах резонатора и двух способах накачки: 1) в качестве излучения накачки используется джозефсоновское излучение; 2) используется дополнительная накачка внешним высокочастотным полем, при этом усиление происходит на его гармониках.
Выводы. Параметрическое усиление контактом Джозефсона во внешнем монохроматическом высокочастотном излучении и в резонаторе возможно не только вблизи первой ступеньки Шапиро, но и на субгармонических ступеньках, которые появляются на вольт-амперные характеристиках контакта в такой системе. Дополнительное внешнее высокочастотное излучение накачки может приводить к усилению не только на ступеньках, где джозефсоновская частота равна частотам внешних переменных сигналов, но и на других ступеньках, что увеличивает область параметрического усиления на гармониках высокочастотного излучения накачки.
|
Список литературы |
1. Josephson, B. D. Possible new effects in superconductive tunneling / B. D. Josephson // Phys. Lett. – 1962. – Vol. 1. – P. 251.
2. Асламазов, Л. Г. Эффект Джозефсона в точечных сверхпроводящих контактах / Л. Г. Асламазов, А. И. Ларкин // Письма в Журнал теоретической и экспериментальной физики. – 1969. – Т. 9. – С. 47.
3. Лихарев, К. К. Электродинамические свойства сверхпроводящих точечных контактов / К. К. Лихарев, В. К. Семенов // Радиотехника и электроника. – 1971. – Вып. 11. – С. 2167.
4. Об особенностях параметрической регенерации в точечных сверхпроводящих контактах / А. Н. Выставкин, В. Н. Губанков, Л. С. Кузьмин и др. // Радиотехника и электроника. –1971.–Вып.15. –С.896.
5. Auracher, F. RF impedance of superconducting weak links / F. Auracher and T. Van Duzer // J. Appl. Phys. – 1973. –Vol.44, №2.– P.848.
6. О параметрическом преобразовании и усилении с использованием сверхпроводящих точечных контактов / А. Н. Выставкин, В. Н. Губанков, Г. Ф. Лещенко и др. // Радиотехника и электроника. – 1970. – Вып. 15. – С. 2404.
7. Kanter, H. High-Frequency Response of Josephson Point Contacts / H. Kanter and F. L. Vernon // J. Appl. Phys. – 1972. – Vol. 43. – P. 3174.
8. Kanter, H. Self-Pumped Josephson Parametric Amplification / H. Kanter and A. H. Silver // Appl. Phys. Lett. – 1971. – Vol. 19. – P. 515.
9. Kanter, H. A novel parametric negativeresistance effect in Josephson junctions / H. Kanter // Appl. Phys. Lett. – 1973. – Vol. 23. – P. 350.
10. Compact tunable sub-terahertz oscillators based on Josephson junctions / Fengbin Song, Franz Muller, Thomas Scheller, Alexei Semenov, Ming He et al. // Appl. Phys. Lett. – 2011. – Vol. 98. – P. 142506.
11. Tachiki, M. Emission of terahertz electromagnetic waves from intrinsic Josephson junction arrays embedded in resonance LCR circuits / Masashi Tachiki, Krsto Ivanovic, Kazuo Kadowaki and Tomio Koyama // Phys. Rev. B. – 2011. – Vol. 83. – P. 014508.
12. Shapiro, S. Josephson currents in superconducting tunneling: the effect of microwaves and other observations / S. Shapiro // Phys. Rev. Lett. – 1963. – Vol. 11. – P. 80.
13. Gaafar, Ma. A. Shapiro and parametric resonances in coupled Josephson junctions / Ma. A. Gaafar, Yu. M. Shukrinov and A. Foda // Journal of Physics: Conference Series. – 2012. – Vol. 393. – P. 012021.
14. Shukrinov, Yu. M. Effects of LC shunting on the Shapiro steps features of Josephson junction / Yu. M. Shukrinov, I. R. Rahmonov, K. V. Kulikov and P. Seidel // EPL. – 2015. – Vol. 110. – P. 47001.
15. Darula, M. Millimetre and sub-mm wavelength radiation sources based on discrete Josephson junction arrays / M. Darula, T. Doderer and S. Beuven // Supercond. Sci. Technol. – 1999. – Vol. 12. – P. R1–R25.
16. Filatrella, G. High-Q cavity-induced synchronization in oscillator arrays / G. Filatrella, N. F. Pedersen and K. Wiesenfeld // Phys. Rev. E. – 2000. – Vol. 61. – P. 2513.
17. The Kuramoto model: A simple paradigm for synchronization phenomena / Juan A. Acebron, L. L. Bonilla, Conrad J. Perez Vicente, Felix Ritort, and Renato Spigler // Rev. Mod. Phys. – 2005. – Vol. 77. – P. 138.
18. Jain, A. K. Mutual phase-locking in Josephson junction arrays / A. K. Jain, K. K. Likharev, J. E. Lukens and J. E. Sauvageau // Phys. Rep. – 1984. – Vol. 109. – P. 309.
|