Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,641

ОТРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ ОТ СИСТЕМЫ СВЕРХПРОВОДНИК-ПОЛУПРОВОДНИК

Головкина М.В.
Исследовано отражение от структуры, состоящей из тонкой пленки сверхпроводника второго рода в смешанном состоянии, находящейся на слое из полупроводника. Показана возможность усиления электромагнитных волн при отражении от рассматриваемой структуры за сет энергии вихрей Абрикосова в слое сверхпроводника. Показана возможность управления усилением или затуханием волны путем изменения внешнего магнитного поля.
отражение
полупроводник
сверхпроводник

Успехи, достигнутые в области технологии изготовления наноматериалов и тонкопленочных наноструктур за последнее время, привлекают пристальное внимание исследователей к изучению различных свойств наноструктур. Тонкие пленки высокотемпературных сверхпроводников демонстрируют свойства, которые не могут проявиться в объемном сверхпроводнике. Возможность эффективного взаимодействия электромагнитной волны с решеткой вихрей Абрикосова в тонких пленках сверхпроводника второго рода показана в работах [1, 2].

Рассмотрим тонкую пленку сверхпроводника второго рода, находящегося на подложке из полупроводникового материала. Толщина слоя сверхпроводника t, причем t <<λ, где λ-лондоновская глубина проникновения магнитного поля в сверхпроводник. Направим ось Oy перпендикулярно границам раздела слоев, ось Ox параллельно границам раздела. Вся структура находится в магнитном поле By0, направленном противоположно оси Oy. Величина магнитного поля находится в диапазоне , где Bc1 - значение первого критического поля для сверхпроводника, Bc2 второе критическое поле. Под действием транспортного тока, направленного перпендикулярно полю By0 вдоль оси Oz, решетка вихрей Абрикосова в слоях сверхпроводника приходит в движение вдоль оси Ox. Рассмотрим распространение в данной структуре Н-волны в плоскости xOy под углом θ к оси Oy. Для простоты будем предполагать, что в плоскости слоев поля зависят только от одной координаты, и положим=0. Как показано в работах [1, 2], наличие тонкой сверхпроводящей пленки можно учесть введением специального граничного условия

 

,                (1)


где - плотность транспортного тока в сверхпроводнике, η - коэффициент вязкости магнитного вихря, t - толщина сверхпроводящей пленки,By0  - величина внешнего магнитного поля, Ф0 - квант магнитного потока. Пусть волна из полубезграничного диэлектрика падает на тонкий слой сверхпроводника под углом q 1 и выходит в слой полупроводника под углом q 2. Коэффициент отражения от структуры сверхпроводник - полупроводник имеет вид

 

,                                (2)

где , , ε1,2 и μ1,2 - диэлектрическая и магнитная проницаемость сред, индексы 1 и 2 относятся к диэлектрику (воздуху в рассматриваемом случае) и полупроводнику.

В качестве полупроводника рассмотрим полярный полупроводник (например, GaAs или AlGaAs). В рамках модели диэлектрического континуума диэлектрическая проницаемость полупроводника определяется выражением [3]

,                                        (3)

где, - решеточная часть диэлектрической проницаемости,ωL,O и ωT,O - частоты продольного и поперечного фононов, Г - столкновительная частота.

На рисунке 1 а, б представлены результаты численного расчета коэффициента отражения от структуры сверхпроводник - полупроводник в зависимости от величины угла падения для разных значений величины внешнего магнитного поля By0.

Рис. 1, а), б). Зависимость модуля (а) и фазы (б) коэффициента отражения от угла падения. Сплошная линия: , короткий пунктир: , длинный пунктир: . Параметры структуры , , .

Мы видим, что при увеличении угла падения модуль коэффициента отражения стремится к единице. Хорошо видно, что значение внешнего магнитного поля существенным образом влияет на величину коэффициента отражения. В достаточно сильных магнитных полях при определенном соотношении диэлектрических проницаемостей ε1 и ε1(ω), которое определяется выбором частоты падающей электромагнитной волны, коэффициент отражения превышает единицу. Это означает, что при отражении наблюдается усиление волны за счет ее взаимодействия с движущейся вихревой структурой в слое сверхпроводника. Усиление может наблюдаться также в структуре сверхпроводник - диэлектрик [1, 2, 4], однако при введении в структуру слоя полупроводника появляется возможность изменения в широких пределах его диэлектрической проницаемости за счет наличия у нее частотной дисперсии.

Таким образом, рассмотренная в работе структура, содержащая тонкий слой сверхпроводника второго рода и слой полупроводника, может применяться при создании различного рода устройств, например усилителей или фильтров, параметры которых зависят от частоты падающей электромагнитной волны и от величины внешнего магнитного поля. Управление полосой пропускания - усиления в таких устройствах может осуществляться путем изменения внешнего магнитного поля.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.      Глущенко А.Г., Головкина М.В. // Письма в ЖТФ. -1998. - Т. 24. - Вып. 1. -С. 9.

2.      Попков А.Ф. // Письма в ЖТФ. - 1989. - Т. 15. -Вып. 5. - С. 9.

3.      Ю П., Кардона М. Основы физики полупроводников. - М.: Физматлит. -2002. - 560 с.

4.      Glushchenko A.G., Golovkina M.V. // International Symposium on Electromagnetic Compatibility "EMC´98 ROMA" Rome, Italy. -1998. -V 2. -P. 483.


Библиографическая ссылка

Головкина М.В. ОТРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ ОТ СИСТЕМЫ СВЕРХПРОВОДНИК-ПОЛУПРОВОДНИК // Современные наукоемкие технологии. – 2009. – № 8. – С. 8-10;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=25530 (дата обращения: 18.10.2017).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.094