Сверхпроводниковая электроника и одноэлектроника

Уникальные физические характеристики джозефсоновских переходов и сквидов (SQUID, Superconducting Quantum Interference Device) позволяют достигать предельно высокой чувствительности в очень широком частотном диапазоне: от постоянного тока до сотен гигагерц и выше. Однако низкая линейность и малый динамический диапазон препятствуют созданию на их основе высокоэффективных широкополосных устройств, отвечающих требованиям прикладных задач. Для решения этой проблемы были разработаны и реализованы сверхпроводящие квантовые решетки (SQA, Superconducting Quantum Array), позволяющие существенно расширить (до 100 дБ) динамический диапазон линейного преобразования магнитного сигнала в напряжение (патент 2017 года с приоритетом от 2015 года). На основе таких структур  были разработаны широкополосные электрически малые антенны активного типа, способные одновременно принимать и усиливать  электромагнитные сигналы в полосе от нескольких герц до десятков гигагерц (и потенциально выше). Каждая такая антенна способна заменить целый набор обычных, пассивных, антенн с ограниченной полосой принимаемых частот. Это открывает новые возможности в создания широкополосных приемных систем с прямой оцифровкой сигналов.

Значительные успехи достигнуты в экспериментальном и теоретическом изучении коррелированного транспорта электронов в наноструктурах с атомно-молекулярными квантовыми точками. Актуальность разработки и исследования таких объектов определяется одновременно как потребностью фундаментального физического познания, так и перспективами прикладных разработок уникальных сенсоров локального электрического поля и заряда, а также вычислительных устройств с атомной функциональной структурой.

Руководитель направления:  профессор, д.ф.-м.н. Корнев Виктор Константинович

Руководитель группы теоретической одноэлектроники: доцент, к.ф.-м.н. Шорохов Владислав Владимирович

Сверхпроводниковая электроника

  • высокочувствительные детекторы и приемники (квантовый предел чувствительности) на основе SQUID-ов; неразрушающие измерения;
  • широкополосные электрически малые антенны активного типа;
  • цифровые устройства и процессоры на основе быстрой одноквантовой логики (RSFQ), в которых носителями логической информации являются одиночные кванты магнитного потока, с тактовой частотой до 100 ГГц и рекордно малым энерговыделением ~10-19 Дж на одно переключение джозефсоновского элемента.
  • сверхпроводниковые квантовые биты (кубиты) для создания квантовых компьютеров.

Темы курсовых работ для студентов второго курса

Одноэлектроника

  • сверхчувствительные датчики локального электрического поля и заряда (до ~10–5 e/Гц1/2) на основе атомно-молекулярных транзисторов;
  • цифровые устройства, в которых носителями логической информации будут являться одиночные электроны, одноэлектронные клеточные автоматы для построения вычислительных систем;
  • квантовые биты на выделенных примесных атомах, резервуарные нейронные сети атомной плотности, перестраиваемые элементы нечеткой логики атомной плотности.

В идеале, размеры рабочих элементов таких устройств должны достигать размеров одиночных атомов, что в будущем может привести исследователей к созданию электронных устройств с атомной функциональной структурой или структур типа «вычислительная система на молекуле».

Темы курсовых работ для студентов второго курса