Прецизійний терморегульований комплекс кріогенної апаратури для дослідження вольт-амперних характеристик тунельних контактів надпровідних матеріалів

Abstract

Вступ. Дослідження вольт-амперних характеристик (ВАХ) та їхніх похідних тунельних контактів та гібридних гетероструктур на базі надпровідних та феромагнітних матеріалів під дією надвисокочастотного (НВЧ) випромінювання та магнітних полів в широкому діапазоні температур є актуальним завданням для розроблення елементної бази спінтроніки, надпровідникової електроніки (зокрема для надпровідних і квантових комп’ютерів) та надчутливих сенсорів. Проблематика. Одним із сучасних інформативних фізичних методів досліджень властивостей тунельних контактів та гібридних гетероструктур на базі надпровідних та феромагнітних матеріалів є дослідження ВАХ та їхніх похідних в області низьких температур (переважно діапазон рідкого гелію) в магнітному полі. Сюди входить дослідження магнітоопору, ефекту Холла, квантового ефекту Холла, зокрема й під дією спінової інжекції. На сьогодні не існує прецизійного комплексу терморегульованої кріогенної апаратури для досліджень ВАХ тунельних контактів надпровідних матеріалів, який би повністю міг задовольнити потреби вивчення параметрів надпровідних матеріалів. Мета. Розроблення конструкції та виготовлення прецизійного терморегульованого комплексу кріогенної апаратури для досліджень ВАХ тунельних контактів надпровідних матеріалів. Результати. Виготовлено комплекс прецизійної терморегульованої кріогенної системи (діапазон температур 2,0–300 К) для дослідження ВАХ тунельних контактів надпровідних матеріалів. Комплекс створено на базі гелієвого кріостата рідинно-проточного типу з вбудованим надпровідним соленоїдом (НПС) (діапазон магнітного поля 0–2,9 Тл) та спеціалізованим маніпулятором для зміни напрямку магнітного поля, з регулятором температури, з програмованим блоком живлення НПС, автоматизованим блоком вимірювання ВАХ та програмним забезпеченням до нього.

Introduction. The study of current-voltage characteristics (Cvc ) and their derivatives of tunnel contacts and hybrid heterostructures based on superconducting and ferromagnetic materials under influence microwave radiations and magnet fields in the wide range of temperatures is an actual task for development of element base of spintronics, superconducting electronics (in particular, for superconductive and quantum computers) and ultrasensitive sensors. Problem Statement. One of the modern informative physical methods for studying the properties of tunnel contacts and hybrid heterostructures based on superconducting and ferromagnetic materials is the study of CVC and their derivatives in the low temperature region (mainly liquid helium range) in a magnetic field. This includes the study of magnetoresistance, Hall effect, quantum Hall effect, in particular under the action of spin injection. To date, there is no precision complex of temperature-controlled cryogenic equipment for the study of CVC of tunnel contacts of superconducting materials, which could fully meet the needs of studying the parameters of superconducting materials. Purpose. Development of design and manufacture of precision temperature-controlled complex of cryogenic equipment for research of CVC of tunnel contacts of superconducting materials. Results. A complex of precision temperature-controlled cryogenic system (temperature range 2.0—300 K) has been fabricated for the study of CVC of tunnel contacts of superconducting materials. The complex is based on a liquid-flow helium cryostat with built-in superconducting solenoid (SCS) (magnetic field range 0—2.9 T) and a specialized manipulator for changing the direction of the magnetic field, with a temperature regulator, with a programmable SCS power supply, automated measuring unit of CVC and software to it. Conclusions. The characteristics of the created cryocomplex are not inferior to the parameters of the best western analogues, and in terms of cost-effectiveness of cryoagent and service use they exceed them.