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INIZIO_TESTO_DA_INDICIZZARE

PROGRAMMA DI RICERCA 2004

italiano - english
Unità di Ricerca
Programmi di ricerca simili:
Classificazione scientifico-disciplinare
Classificazione brevettuale
  • ELECTRICITY
    • BASIC ELECTRIC ELEMENTS
      • DEVICES USING STIMULATED EMISSION
      • SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR (use of semiconductor devices for measuring G01; details of scanning-probe apparatus, in general G12B21/00; resistors in general H01C; magnets, inductors, transformers H01F; capacitors in general H01G; electrolytic devices H01G9/00; batteries, accumulators H01M; waveguides, resonators or lines of the waveguide type H01P; line connectors, current collectors H01R; stimulated emission devices H01S; electromechanical resonators H03H; loudspeakers, microphones, gramophone pick-ups or like acoustic electromechanical transducers H04R; electric light sources in general H05B; printed circuits, hybrid circuits, casings or constructional details of electric apparatus, manufacture of assemblages of electrical components H05K; use of semiconductor devices in circuits having a particular application, see the subclass for the application) [C0103]
Classificazione geografica
Bibliografia
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(4) D.J. van Harlingen, Rev. Mod. Phys. 67, 515 (1995)

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(8) G. Blatter, V. B. Geshkenbein and L.B. Ioffe Phys. Rev. B 63 174511 (2001)

(9) A. Blais and A.M. Zagoskin, Phys. Rev. A 61, 42308 (2000); A.M. Zagoskin, Cond.-Mat. 9903170 (1999)

(10) Y. Makhlin, G. Schoen and A. Shnirman, Review of Modern Physics 73, 357 (2001)

(11) F. Tafuri, F. Miletto Granozio, F. Carillo, A. Di Chiara , K. Verbist and G. Van Tendeloo, Phys. Rev. B 59, 11524 (1999); F. Lombardi, F. Tafuri, F. Ricci,F. Miletto Granozio , G. Testa, E. Sarnelli A. Barone, J. Kirtley, C. Tsuei Phys. Rev. Lett. 89, 207001 (2002); F. Tafuri, J.R. Kirtley,F. Lombardi and F. Miletto Granozio, Phys. Rev. B 67, 174516 (2003)

12)J. Clarke, A. N. Cleland, M. H. Devoret, D. Esteve, & J.M. Martinis, Science 239, 992 (1988); M. H. Devoret, M. H. et al. in Quantum Tunneling in Condensed Media, (eds Kagan, Yu. & Leggett, A. J.)(North-Holland, Amsterdam, 1992); Y. Nakamura, Y.A. Pashkin & J.S. Tsai, Nature 398, 786 (1999); J. R. Friedman, V. Patel, Chen, S.K. Tolpygo & J.E. Lukens, Nature 406, 43(2000); C. H. van der Wal et al. Science 290, 773-777 (2000); Y.A. Pashkin et al., Nature 421, 823(2003); I. Chiorescu, Y. Nakmura, C.J. Harmans, & J.E. Mooji, Science 299, 1869 (2003)

(13) Ya.V. Fominov, A.A. Golubov and M.Yu. Kypryanov JETP Lett. 77, 587 (2003); M. H. S. Amin and A. Smirnov, Phys. Rev. Lett. 92, 17001 (2004)

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(15) C.-R. Hu, Phys. Rev. Lett. 72, 1526 (1994)

(16) T. Lofwander, V. Shumeiko and G. Wendin, Supercond. Sci. Tech.
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(17) M. Sigrist, Progr. Theor. Physics 99, 899 (1998)

(18) T. Kontos, M. Aprili, J: Lesueur,F. Genet, b. Stefanidis, R. Boursier. Phys. Rev. Lett:89. 137007 (2002); J. J. A Baselmans. A R Morpurgo. B. J. van Wees. and T. M Klapwijk. Nature (London) 397. 43 (1999).

(19) A. A. Abrikosov, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 32, 1442 (1957) [Sov. Phys.
JETP 5, 1174 (1957)]

(20) G. Blatter et al. Rev. Mod. Phys. 66, 1125 (1994)

(21) J. Pearl, Appl. Phys. Lett. 5, 65 (1964).

(22) G. E. Volovik, Exotic Properties of Superfluid 3He (World Scientific, Singapore 1992)

(23) N. D. Mermin in "Quantum Fluids and Solid", edited by S. B. Trickey, E. Dwight Adams and J. W. Duffy (Plenum, New York, 1977); D. J. Thouless, Topological Quantum Numbers in Nonrelativistic Physics} (World Scientific, Singapore 1998) and references therein; W. H. Zurek, Physics Reports 276, 177 (1996); T. W. B. Kibble, J. Phys. A 9, 1387 (1976).

(24) J. R. Kirtley and C. C. Tsuei and F. Tafuri, Phys. Rev. Lett. 90, 257001 (2003)

(25) F. Tafuri, J.R. Kirtley, P.G. Medaglia, P. Orgiani and G. Balestrino, to be published in Phys. Rev. Lett. (2004)

(26) L.I. Glazman and N. Ya. Fogel', Sov. J. Low Temp. Phys. 10, 51 (1984).

(27) A. Wallraff, A. Lukashenko, J. Lisenfeld, A. Kemp, M. V. Fistul, Y. Koval, A. V. Ustinov, Nature 425, 155 (2003)

(28) U.Eckern, G.Luciano and A.Tagliacozzo, Phys. Rev. B50, 14696 (1997)
Parole Chiave
EFETTI QUANTISTICI ; ; MATERIALI SUPERCONDUTTORI ; ; GIUNZIONI JOSEPHSON ; ; NANOSTRUTTURE; GIUNZIONI PI-GRECO; DISPOSITIVI MESOSCOPICI ; ; CONTROLLO COERENTE

Effetti Quantistici in Nano-strutture e Dispositivi Superconduttivi

Università degli Studi di Napoli "Federico II"
Abstract
In questo progetto intendiamo studiare sperimentalmente e teoricamente processi quantistici quali il tunneling quantistico macroscopico e di vortici in sistemi con superconduttori ad alta temperatura critica (HTS).

L'eccezionalità di ciò che si conosce delle proprietà quantistiche dei superconduttori ad alta temperatura critica motiva questi studi, così come le recenti proposte di "qubit" (possibile mattone elementare per il calcolatore quantistico) basate su HTS. Allo stesso tempo il progetto mira a colmare in parte la gap esistente fra strutture HTS e nano-fisica.

In prospettiva tali studi potrebbero fornire nuove rilevanti conoscenze non solo sulla fisica dei superconduttori ad alta temperatura critica ma anche sulla fisica dei sistemi mesoscopici, e su meccanismi tipici di superconduttività in giunzioni, quali l'effetto prossimità e la riflessione di Andreev.

Le strutture chiave che intendiamo indagare sono le giunzioni Josephson biepitassiali a bordo di grano impieganti YBaCuO ed i sistemi nano-strutturati ultra-sottili del composto CaBaCuO. L'elevata qualità e le peculiari caratteristiche delle strutture impiegate combinata alla possibilità di realizzare configurazioni nanostrutturate garantiscono un elevato livello di originalità ed innovazione per la ricerca proposta.

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Antonio BARONE Università degli Studi di NAPOLI "Federico II"
Obiettivo del Programma di Ricerca
Il progetto mira a studiare sperimentalmente e teoricamente processi quantistici in strutture superconduttive opportunamente configurate. Il nostro obiettivo si rivolge ad un campo ben definito e molto innovativo, che ingloba effetti quantistici in dispositivi superconduttivi, vortici e superconduttori ad alta temperatura critica (HTS). Intendiamo studiare effetti puramente quantistici, quali il tunneling quantistico macroscopico e di vortici.
Una parte importante del lavoro relativo a questo progetto sarà dedicato a riprodurre effetti ben noti in sistemi con superconduttori a bassa temperatura critica come ad esempio il Tunnel Quantistico Macroscopico (MQT) anche se una fenomenologia leggermente diversa può essere osservata in relazione alle peculiari proprietà dei materiali HTS. La motivazione di tali studi risiede nei risultati fondamentali relativamente alle proprietà quantistiche dei materiali HTS e nelle recenti proposte di utilizzo di strutture HTS nella realizzazione di circuitistica quantistica e di "qubit" che potrebbero avere un impatto estremamente importante nella ricerca futura. Inoltre cercheremo di distinguere effetti quantistici specifici dei sistemi HTS delle loro proprietà intrinseche delle loro lunghezze caratteristiche e della loro particolare morfologia.
In prospettiva tali studi dovrebbero garantire nuove conoscenze non solo sulla fisica dei superconduttori ad alta temperatura critica ma anche sulla fisica dei sistemi mesoscopici, e >>>

Risultati parziali attesi
Nel descrivere gli scopi generali del progetto, abbiamo sottolineato come tutte le varie parti siano fortemente collegate. Tale correlazione è in parte anche causata dal fatto gli effetti quantistici si possono nascondere in forme differenti e combinate nella fenomenologia delle giunzioni Josephson, specialmente in presenza sia di nano-canali strutturali che di accoppiamento di tipo immagine.
In questa parte della proposta discuteremo qualitativamente il flusso temporale delle attività ed i corrispondenti risultati attesi.

Ricordiamo brevemente i punti fondamentali:
a) Fabbricazione e caratterizzazione di giunzioni Josephson biepitassiali per mettere in evidenza il ruolo della simmetria non convenzionale del parametro d'ordine nella fenomenologia delle giunzioni; studio di giunzioni di tipo immagine e confronto con strutture impieganti superconduttori a bassa temperatura con barriera ferromagnetica, che mostrano anche shift di immagine nella fase.
b) Realizzazione di giunzioni di elevata qualità e giunzioni nanometriche (fabbricate usando anche la facility disponibile a SNS Pisa) con elevati valori del fattore Q e misure a temperature molto basse per studiare effetti di Tunneling Quantistico Macroscopico
c) Caratterizzazione delle giunzioni di elevata qualità appena discusse in presenza di campo magnetico per studiare confinamento dimensionale e mesoscopico.
d) Fabbricazione di film ultra-sottili di CaBaCuO >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
I superconduttori ad alta temperatura critica (HTS) sono stati considerati sin dalla loro scoperta di grande interesse a livello applicativo grazie all'alta temperatura di transizione e all'elevato valore della gap di energia.

Ciò nonostante, queste applicazioni sembrano emergere in ritardo a causa di problemi connessi alle loro proprietà superconduttive e strutturali. La tecnologia dei multilayer HTS, ad esempio, che riveste un ruolo fondamentale per l'elettronica superconduttiva non è ancora sufficientemente sviluppata per ragioni sia fisiche (lunghezza di coerenza molto piccola) che chimiche (instabilità superficiale)(1,2). Dal punto di vista della fisica fondamentale, molto ricca ed ancora poco chiara, i superconduttori HTS presentano proprietà "uniche" (3). Una di queste proprietà è senz'altro il parametro d'ordine probabilmente con simmetria predominante in onda dx2-y2 (4,5), che consente la realizzazione di dispositivi Josephson aventi proprietà molto particolari. Lo sfasamento del parametro d'ordine, tra direzioni ortogonali, di immagine consente di realizzare giunzioni immagine. In tali sistemi lo stato stabile a corrente nulla si ottiene per uno sfasamento tra gli elettrodi di immagine e non per uno sfasamento nullo come nel caso di giunzioni con superconduttori tradizionali (6). Le giunzioni costituiscono strutture adatte a studiare questi effetti. Strutture impieganti HTS sono candidate ideali per lo studio di nuovi aspetti >>>