Публикации
Ставится задача резкого сокращения трудоемкости анализа, многовариантного анализа и параметрической оптимизации линейных и линеаризованных эквивалентных электрических схем. Источником таких схем являются не только линейные электронные схемы, но и схемы, сформированные на основе искусственных электроаналогий. Они могут формироваться на основе методов конечных элементов и методов конечных разностей, используемых при решении дифференциальных уравнений в частных производных. Снижение трудоемкости вычислений проводится формальными методами преобразования модели в макромодель, отражающей лишь соотношения типа "вход-выход" исходной модели. Суть работы заключается в формальном преобразовании модели линейной или линеаризованной эквивалентной электрической схемы, сформированной с помощью методов искусственных электроаналогий, в макромодель, по которой с той же точностью, но с увеличенной на несколько порядков скоростью, могут вычисляться те же выходные характеристики, что и по модели. Приведены алгоритмы подобных преобразований. По макромодели можно вычислять статические характеристики, частотные характеристики, нули и полюсы системных функций, динамические характеристики, собственные значения и векторы матрицы макромодели, позволяющие определить устойчивость и запас устойчивости исходной схемы по первому методу А.М. Ляпунова, ее собственные резонансные частоты и длительность переходного процесса, а также частные производные вышеперечисленных характеристик по небольшому количеству варьируемых параметров схемы для замены оптимизации схемы методами 1-го порядка ее оптимизацией по макромодели. Кроме того, макромодели могут использоваться для создания новой элементной, конструктивной и технологической базой проектирования. Макромодель может служить элементом модели более высокого иерархического уровня. Возможен блочно-иерархический процесс макромоделирования.
Использовался метод эквивалентных систем для моделирования резонаторных замедляющих систем пучково-плазменных приборов в работе, а в качестве заполнителя пролетного канала рассматривалась бесстолкновительная плазма. Показана адекватность разработанной модели сопоставлением результатов расчета. Проанализированы дисперсионные характеристики. Разработана структура высокочастотного блока пучково-плазменной лампы бегущей волны и с помощью программы «VEGA» проведена оценка параметров лампы.
Экспериментально исследовались вольт-амперные характеристики тонких сверхпроводящих нанопроводов из титана. Наиболее тонкие образцы, измеряемые высокомными контактами, обнаружили нетривиальное для сверхпроводника поведение: кулоновскую блокаду. Величина кулоновской щели коррелирует с частотой квантовых проскальзываний фазы. Наблюдение подтверждает идентичность квантовой динамики заряда в джозефсоновских контактах и в квазиодномерных сверхпроводящих каналах в режиме квантовых флуктуаций параметра порядка.
Superconducting properties of metallic nanowires can be entirely different from those of bulk superconductors because of the dominating role played by thermal and quantum fluctuations of the order parameter. For superconducting channels with diameters below ∼ 50 nm fluctuations of the phase of the complex order parameter - the phase slippage - lead to non-zero resistance below the critical temperature. Fluctuations of the modulus of the complex order parameter broaden the gap edge of the quasiparticle energy spectrum and modify the density of states. In extreme case of very narrow channels imbedded in high-impedance environment (which fix the charge and, hence, enable strong fluctuations of the quantum-conjugated variable, the phase) the superconductor can be driven to insulating state – the Coulomb blockade. We review recent experimental activities in the field demonstrating rather unusual phenomena.
At ultralow temperatures (T< 100 mK) rather small external disturbance might lead to a noticeable overheating. While electron transport measurements the inevitable external EM noise, picked-up and transmitted through electric wires, results in a mismatch between the electron Te and the phonon Tphtemperatures P~W(Te^5-Tph^5), where P is the power dissipated at the sample with volume W. Hence, for sufficiently small nanoelectronic systems the effect might be clearly pronounced. Multiple methods have been suggested to reduce the undesired electron heating. Typically various RF filters are used to cut the impact of noisy EM environment. Often the supporting amplitude vs. frequency data are obtained only at room temperatures analyzing the impact of 'isolated' elements without taking into consideration the wires. Here we describe the custom made multistage RLC filtering system for ultralow temperature nanoelectronic experiments. The amplitude vs. frequency characteristics were measured down to very low temperatures. Distributed elements theory analysis supports experimental data.
Size-dependent quantization of energy spectrum of conducting electrons in solids leads to oscillating dependence of electronic properties on corresponding dimension(s). In conventional metals with typical energy Fermi EF ~ 1 eV and the charge carrier's effective masses m* of the order of free electron mass m0, the quantum size phenomena provide noticeable impact only at nanometer scales. Here we experimentally demonstrate that in single-crystalline semimetal bismuth nanostructures the electronic conductivity non-monotonously decreases with reduction of the effective diameter. In samples grown along the particular crystallographic orientation the electronic conductivity abruptly increases at scales of about 50 nm due to metal-to-insulator transition mediated by the quantum confinement effect. The experimental findings are in reasonable agreement with theory predictions. The quantum-size phenomena should be taken into consideration to optimize operation of the next generation of ultra-small quantum nanoelectronic circuits.
