Фізика низьких темпеpатуp: Том 48, Випуск 2 (Лютий 2022), c. 119-128    ( до змісту , назад )

Phase-resolved visualization of radio-frequency standing waves in superconducting spiral resonator for metamaterial applications

A. A. Leha1, A. P. Zhuravel1, A. Karpov2, A. V. Lukashenko3, and A. V. Ustinov2,3

1B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of NAS of Ukraine, Kharkiv 61103, Ukraine
E-mail: zhuravel@ilt.kharkov.ua

2National University of Science and Technology (MISiS), Moscow 119049, Russia

3Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Karlsruhe 76131, Germany

Received July 20, 2021, published online December 24, 2021

Анотація

Надпровідні мікросхеми та мета-матеріали — перспективні кандидати для використання в кріогенній електроніці нового покоління. Їх функціональність значною мірою визначена макроскопічним розподілом електромагнітних полів в системі структурних елементів, ніж мікроскопічними властивостями композитних матеріалів. Представлено новий метод візуалізації просторової структури проникальних мікрохвиль з мікроскопічною роздільною здатністю в площинних надпровідних макроскопічних резонаторах, що є найважливішими ланцюго-утворюючими елементами сучасної мікроелектроніки. Цей метод використовує низькотемпературний лазерний скануючий мікроскоп, який досліджує фазу (тобто напрямок) та амплітуду локальних радіочастотних струмів в залежності від двовимірних координат надпровідної резонансної структури, що досліджується. Фазочутливий контраст досягається шляхом синхронізації модульованого інтенсивністю лазерного випромінювання та резонансних гармонік мікрохвильового сигналу, що проходить через зразок. У цьому випадку індуковані лазерним променем енергетичні втрати в освітлюваній області будуть сильно залежати від локальної різниці фаз між радіочастотним сигналом і просторово-часовою структурою сфокусованих осциляцій лазера. Цей підхід усуває апаратні обмеження існуючої техніки радіочастотної мікроскопії та доводить режим фазочутливої демодуляції до рівня, необхідного для вивчення фізики надпровідних мета-матеріалів. Перевага представленого методу над попереднім методом радіочастотної скануючої мікроскопії демонструється на прикладі формування стоячих хвиль у спіральному надпровідному резонаторі Архімеда аж до 38-го резонансу власної моди.

Ключові слова: metamaterial, superconductivity, spiral resonator, laser scanning microscope.