Desarrollo de resonadores superconductores basados en aluminio granular
En este trabajo, desarrollamos avances hacia la implementación de resonadores microondas basados en materiales superconductores con alta inductancia cinética. Estos resonadores se caracterizan por su alto factor de calidad y por su gran sensibilidad para la detección de fotones. En su versión más...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2024
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1235/1/1Potosi_Montanchez.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | En este trabajo, desarrollamos avances hacia la implementación de resonadores microondas
basados en materiales superconductores con alta inductancia cinética. Estos
resonadores se caracterizan por su alto factor de calidad y por su gran sensibilidad para
la detección de fotones. En su versión más ventajosa como Detectores de Inductancia
Cinética de Microondas (MKIDs), estos dispositivos se acoplan capacitivamente a una
única línea de transmisión para permitir la lectura multiplexada de un arreglo de píxeles.
Entre los materiales con alta inductancia cinética de fabricación más accesible y
comportamiento más reproducible está el aluminio granular (AlGr), el cual consiste de
nano granos de aluminio embebidos en una matriz aislante de oxido de aluminio. Como
se discute en la primera parte de esta tesis, de la fenomenología de la superconductividad
del AlGr, se desprenden dos propiedades significativas relacionadas con su nano
estructura: por un lado, el incremento de la temperatura crítica superconductora con
la resistencia superficial, lo que conlleva a la formación de un domo superconductor en
el diagrama de fase Tc vs RS. Por otro lado, una alta inductancia cinética, típica de superconductores
desordenados, que comparamos con valores típicos de otros materiales
superconductores para comprender su ventaja en el desarrollo de MKIDs.
En esta tesis fabricamos tres generaciones de films de AlGr, en las cuales optimizamos
los parámetros de crecimiento durante el proceso de pulverización catódica
(sputtering) de aluminio en una atmósfera controlada de oxigeno. Obtuvimos films de
AlGr con distintas concentraciones de oxígeno ajustando la presión de oxígeno relativa
en el proceso de crecimiento. Caracterizamos estos films en términos de su morfología
utilizando diferentes técnicas (AFM, SEM, TEM) y en términos de sus propiedades
eléctricas realizando mediciones de resistencia a dos terminales a temperatura ambiente
en una estación de prueba.
Utilizando procesos de microestructuración aditiva y sustractiva sobre los films de la
tercera generación de AlGr, y luego de una optimización de los parámetros de litografía
óptica y ataque químico, obtuvimos como resultado films con un diseño de barra Hall
del orden de los cientos de micrones. Estos films fueron enfriados en un criostato de
dilución hasta temperaturas aproximadas de 10 mK para evaluar su temperatura crítica
de transición al estado superconductor. Los resultados indican un incremento de la
temperatura crítica con la concentración de oxígeno en los films hasta un 3% y luego
una disminución para concentraciones mayores.
Además, presentamos avances en el desarrollo de resonadores de alta inductancia
cinética utilizando AlGr. Trabajamos en la optimización de los parámetros de microestructuraci
ón de los resonadores y en la calibración de un setup de medición RF para su
caracterización en el régimen criogénico. Para ello, utilizamos un prototipo de resonadores
diseñado a partir de nitruro de niobio titanio (NbTiN), disponible en el grupo de
investigación, el cual nos permitió obtener mediciones de las frecuencias de resonancia
y su comportamiento ante cambios de temperatura y potencia en el setup de medición. |
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