• Українська
  • English
ISSN 2415-3400 (Online)
ISSN 1028-821X (Print)

До кінетики руйнування надпровідного стану нелінійного копланарного хвилеводу на основі плівки високотемпературного надпровідника

Рубрика: 
ПРИКЛАДНА РАДІОФІЗИКА
Лавринович, ОА, Черпак, МТ
Organization: 

Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України
12, вул. Акад. Проскури, Харків, 61085, Укаїна
E-mail: lavr@ire.kharkov.ua; cherpak@ire.kharkov.ua
https://doi.org/10.15407/rej2021.01.049
Мова: українська
Анотація: 

Предмет і мета роботи. Механізм руйнування S-стану нелінійного високотемпературного надпровідника (ВТНП) копланарного хвилеводу (КПХ), у якому спостерігається експериментально виявлений авторами лавиноподібний ефект переходу в сильно дисипативний стан, остаточно не з’ясовано. Метою роботи є розвинути підхід до опису кінетики руйнування S-стану ВТНП КПХ з урахуванням неоднорідного розподілу мікрохвильового струму в смужці надпровідної плівки.

Методи та методологія роботи. Використано міркування, викладені у роботі авторів І.Б. Вендік та О.Г. Вендіка стосовно стану кінетики руйнування широкої надпровідної плівки постійним струмом на основі рівняння Гінзбурга–Ландау, залежного від часу. Залишаючи незмінною їх модель про утворення S–N-межі в смужці плівки та рух цієї межі до середини смужки, отримано рівняння руху S–N-межі для КПХ із рівняння руху магнітного потоку при певних обмеженнях.

Результати роботи. Отримано чисельні оцінки часу руйнування S-стану: 1) широкої надпровідної плівки складу YBa2Cu3O7–d постійним струмом; 2) КПХ на основі цієї ж плівки мікрохвильовим струмом. У межах порядку величини значення часу руйнування виявилися близькими при слабкій надпровідності (I / I c ³ 1).

Висновок. Вперше отримано співвідношення для часу руйнування S-стану КПХ з урахуванням розподілу мікрохвильового струму в хвилеводі. Показано, що ця характеристика залежить лінійно від співвідношення критичного струму та амплітуди мікрохвильового струму, на відміну від квадратичної залежності, отриманої для надпровідної смужки з постійним струмом.
Ключові слова: високотемпературний надпровідник, кінетика руйнування S-стану, копланарний хвилевід, лінія передачі, лавиноподібний перехід, нелінійне явище, постійний струм

Стаття надійшла до редакції 02.12.2020
УДК 621.372.82:537.312.62
Radiofiz. elektron. 2021, 26(1): 49-57
Повний текст (PDF)

 

References: 
  1. Simons Rainee N. Coplanar Waveguide Circuits, Components, and Systems. New York: Published by John Wiley & Sons, Inc., 2001. 464 p.
  2. Vendik I.O., Vendik O.G. High-Temperature Superconductor Devices for Microwave Signal Processing. St.-Petersburg: ТОО Складень, 1997. Pt. 2. 110 p.
  3. Lavrinovich A.A., Khramota E.V., Cherpak N.T. Investigation of the Superconducting Microwave Transmission Line in Strong Electromagnetic Fields. Telecommunication and Radioengineering. 2009. Vol. 68, Iss. 19. P. 1741–1750. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v68.i19.60.
  4. Booth J.C., Rudman D.A., Ono R.H. A self-attenuating superconducting transmission line for use as a microwave power limiter. IEEE Trans. Appl. Supercond. 2003. Vol. 13, Iss. 2. P. 305–310. DOI: 10.1109/TASC.2003.813716.
  5. Cherpak N.T., Lavrinovich A.A., Kalenyuk A.A., Pan V.M., Gubin A., Khramota E., Kurakin A.A., Vitusevich S.A. DC-biased coplanar waveguide on the basis of high-Tc superconducting thin film with nonlinear impedance. Telecommunication and Radio Engineering. 2010. Vol. 69, Iss. 15. P. 1357–1364. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v69.i15.40.
  6. Бондаренко И.Н., Лавринович А.А. Исследования тонкопленочной копланарной линии на основе высокотемпературного сверхпроводника. Радиофизика и электроника: сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. Харьков, 2006. Т. 11, № 2. С. 318–322.
  7. Cherpak N., Lavrinovich A., Gubin A., Vitusevich S. DC-assisted microwave quenching of YBa2Cu3O7–d coplanar waveguide to a highly dissipative state. Appl. Phys. Lett. 2014. Vol. 105, Iss. 2. P. 022601(3 p.). DOI: 10.1063/1.4890123.
  8. Cherpak N.T., Lavrinovich A.A., Gubin A.I., Vitusevich S.A. Microwave Quenching in DC-Biased Coplanar Waveguide Based on YBa2Cu3O7–d Thin Film. IEEE Trans. Appl. Supercond. 2016. Vol. 26, Iss. 3. P. 1501204(4 p.). DOI: 10.1109/TASC.2016.2537138.
  9. Wördenweber R., Hollmann E., Schubert J., Kutzner R., Panaitov G. Regimes of flux transport at microwave frequencies in nanostructured high-Tc films. Phys. Rev. B. 2012. Vol. 85, Iss. 6. P. 064503(5 p.). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.064503.
  10. Chin C.C., Oates D.E., Dresselhaus G., Dresselhaus M.S. Nonlinear electrodynamics of superconducting NbN and Nb thin films at microwave frequencies. Phys. Rev. B. 1992. Vol. 45, Iss. 9. P. 4788–4798. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.45.4788.
  11. Dobrovolskiy O.V., González-Ruano C., Lara A., Sachser R., Bevz V.M., Shklovskij V.A., Bezuglyj A.I., Vovk R.V., Huth M., Aliev F.G.. Moving flux quanta cool superconductors by a microwave breath. Commun. Phys. 2020. Vol. 3. P. 1–11. DOI: https://doi.org/10.1038/s42005-020-0329-z.
  12. Collado C., Mateu J., O’Callaghan J.M. Analysis and Simulation of the Effects of Distributed Nonlinearities in Microwave Superconducting Devices. IEEE Trans. Appl. Supercond. 2005. Vol. 15, Iss. 1. P. 26–39. DOI: 10.1109/TASC.2005.844134.
  13. Мельник С.I., Мельник С.С., Лавринович О.А., Черпак М.Т. До феноменологічної теорії лавиноподібного ефекту в мікрохвильовій нелінійній ВТНП лінії передачі з постійним струмом. Укр. фіз. журн. 2019. Т. 64, № 10. С. 954–960. DOI: https://doi.org/10.15407/ujpe64.10.962.
  14. Melnyk S.I., Melnyk S.S., Lavrinovich A.A., Cherpak N.T. Catastrophe theory in the phenomenological description of the avalanche effect in dc-biased microwave HTSC transmission lines. Low Temp. Phys. 2020. Vol. 46, Iss. 4. P. 358–364. DOI: https://doi.org/10.1063/10.0000867.
  15. Vendik I.O., Vendik O.G. High-Temperature Superconductor Devices for Microwave Signal Processing. St.-Petersburg: ТОО Складень, 1997. Pt. 1. 110 p.
  16. Pearl J. Current distribution in superconducting films carrying quantized fluxoids. Appl. Phys. Lett. 1964. Vol. 5, Iss. 4. P. 65–66.
  17. Barannik A.A., Cherpak N. T., Kharchenko M. S., Semerad R., and Vitusevich S. A. Surface impedance of YBa2Cu3O7–d films grown on MgO substrate as a function of film thickness, J. Supercond. Novel Magn. 2013. Vol.26, N 4. P. 43-48. https://doi.org/10.1007/s10948-012-1695-x.
  18. Gladun A., Cherpak N., Gippius A., Hensen S., Lenkens M., Müller G., Orbach S., Piel H. Correlation between the critical current density and microwave surface impedance of epitaxial YBa2Cu3O7–x films. Cryogenics. 1992. Vol. 32, Iss. 11. P. 1071–1075. DOI: https://doi.org/10.1016/0011-2275(92)90030-E.
  19. Hein M. High-Temperature-Superconductor thin films at microwave frequencies. Springer Verlag, Berlin Heidelberg, 1999. 394 p.
  20. Pompeo N., Alimenti A., Torokhtii K., Silva E. Physics of vortex motion by means of microwave surface impedance measurements (Review article). Low Temp. Phys. 2020. Vol. 46, Iss. 4. P. 416–421. DOI: https://doi.org/10.1063/10.0000865.
  21. Shapira Y., Neuninger L.J. Magnetoacoustic attenuation in high-field superconductors Phys. Rev. 1967. Vol. 154, Iss. 2. P. 375–385. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRev.154.375.
  22. Smith M., Andreev A.V., Spivak B.Z. Debye mechanism of giant microwave absorption in superconductors. Phys. Rev. B.  2020. Vol. 101, Iss. 13. P. 134508. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.134508.
  23. Smith M., Andreev A.V., Spivak B.Z. Giant microwave absorption in s- and d-wave superconductors. Ann. Phys. 2020. Vol. 417. P. 168105. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aop.2020.168105.