RU2579813C1 - Reinforcing superconducting metamaterial - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering and communications.

SUBSTANCE: this invention consists in the fact that reinforcing superconducting metamaterial consists of galvanically connected elementary cells, displaced by direct current and having effect of quantum interference with participation of two or more Josephson contacts, elementary cells form in combination a 2D evenly distributed in space grid meta-surface, while the magnetic field of amplified signal is created by nearest low-Q transmission line, which distributes signal between all cells of the metamaterial.

EFFECT: increasing power of saturation and widening the frequency range of amplification.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение «Усиливающий сверхпроводящий метаматериал» может использоваться в различного рода приемных устройствах (детекторах) для сверхмалошумящего усиления слабых радиотехнических сигналов.The invention “Amplifying superconducting metamaterial” can be used in various receiving devices (detectors) for ultra-low noise amplification of weak radio signals.

Аналогом усиливающего сверхпроводящего метаматериала является сверхпроводящий квантовый интерферометр со смещением по постоянному току (ПТ-сквид) (Джон Кларк, Михаэль Мюк, Марк-Оливер Андрэ, Йост Гэйл, Кристоф Хайден, «Микрополосковый усилитель на основе ПТ-сквида», Микроволновая Сверхпроводимость, в.375, 2001, стр. 473-504). ПТ-сквид представляет собой датчик магнитного поля, состоящий из двух джозефсоновских контактов, включенных в сверхпроводящее кольцо, индуктивно связанное с электромагнитной катушкой. Принцип использования ПТ-сквида для линейного усиления токов основан на предварительном линейном преобразовании входного сигнала в магнитное поле указанной катушки, которая создает магнитный поток, приложенный к петле сквида, который приводит к возникновению в сквиде сверхпроводящего тока. При наличии смещения постоянным напряжением приложение сигнала в виде магнитного поля приводит к возникновению экранирующего тока, на величину которого уменьшается измеряемый критический ток сквида. Поскольку вольт-амперная характеристика (ΒΑΧ) сквида зависит от критического тока, происходит модуляция рабочей точки ΒΑΧ с частотой сигнала; это является откликом сквида на переменный во времени внешний магнитно-токовый сигнал. Усиление и широкополосность ПТ-сквида зависят от амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) коэффициента связи по магнитному полю между сигнальной катушкой, генерирующей магнитное поле, и ПТ-сквидом. Фактически, мы имеем дело с трансформатором магнитного потока с отношением более 100, на конструкцию которого наложены значительные ограничения геометрического характера, связанные с технологией изготовления схем с джозефсоновскими контактами. Например, методами напыления тонких пленок, которые используются для изготовления сквидов, затруднительно изготовить вложенные катушки, наподобие традиционных низкочастотных трансформаторов, имеющих коэффициент связи по потоку, близкий к 100%. В силу технологических особенностей предпочтение отдается однослойным спиральным катушкам, которые имеют значительное поле рассеивания. Связь с такой катушкой трудно сделать эффективной из-за очень низкой индуктивности петли сквида (единицы пГн). Попытки увеличить коэффициент связи путем увеличения числа и плотности витков спиральной катушки приводят к появлению паразитных эффектов, таких как межвитковая емкость и распределенный характер токов, что ведет к возникновению нежелательных высокодобротных резонансов в полосе сигнала и невозможности создания широкополосного усилителя. В приведенной выше работе, демонстрирующей рекордную чувствительность сверхвысокочастотного усилителя на основе ПТ-сквида, используется именно высокодобротный резонанс сигнальной катушки. На сегодняшний день получение широкополосного усиления на ПТ-сквидах остается нерешенной проблемой.An analogue of an amplifying superconducting metamaterial is a superconducting quantum interferometer with direct current bias (PT squid) (John Clark, Michael Myuk, Mark-Oliver Andre, Jost Gale, Christoph Heiden, “Microstrip amplifier based on PT squid”, Microwave Superconductivity, in .375, 2001, pp. 473-504). PT-Squid is a magnetic field sensor consisting of two Josephson contacts included in a superconducting ring inductively coupled to an electromagnetic coil. The principle of using a PT-squid for linear amplification of currents is based on a preliminary linear transformation of the input signal into the magnetic field of the specified coil, which creates a magnetic flux applied to the squid loop, which leads to the appearance of a superconducting current in the squid. In the presence of a bias by a constant voltage, the application of a signal in the form of a magnetic field leads to the appearance of a screening current, by which the measured critical current of the squid decreases. Since the current – voltage characteristic (ΒΑΧ) of the squid depends on the critical current, the operating point модуля is modulated with the signal frequency; this is the response of a squid to a time-varying external magnetic current signal. The gain and broadband of a PT squid depend on the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the magnetic field coupling coefficient between the signal coil generating the magnetic field and the PT squid. In fact, we are dealing with a magnetic flux transformer with a ratio of more than 100, the design of which has significant geometric restrictions imposed on the manufacturing technology of circuits with Josephson contacts. For example, it is difficult to fabricate embedded coils, such as traditional low-frequency transformers with a flux coefficient close to 100%, by spraying thin films that are used to make squids. Due to technological features, preference is given to single-layer spiral coils, which have a significant dispersion field. The connection with such a coil is difficult to make effective due to the very low inductance of the SQUID loop (units pGn). Attempts to increase the coupling coefficient by increasing the number and density of turns of the spiral coil lead to spurious effects, such as inter-turn capacitance and the distributed nature of currents, which leads to undesirable high-quality resonances in the signal band and the impossibility of creating a broadband amplifier. In the above work, which demonstrates the record sensitivity of a PT-SQUID microwave amplifier, it is precisely the high-quality resonance of the signal coil that is used. To date, obtaining broadband gain in PT Squids remains an unresolved problem.

Недостатками приведенного аналога являются: узкая полоса рабочих частот (не более 10% от центральной частоты), низкий уровень мощности насыщения (единицы пВт) и наличие джонсоновского шума резистивных шунтов джозефсоновских туннельных контактов, которые необходимы для получения безгестерезисной ΒΑΧ и желаемой вольт-потоковой характеристики ПТ-сквида.The disadvantages of this analogue are: a narrow operating frequency band (not more than 10% of the center frequency), a low level of saturation power (pW units) and the presence of Johnson noise of resistive shunts of Josephson tunnel contacts, which are necessary to obtain a non-hermetic ΒΑΧ and the desired voltage-current characteristic of a PT Squid.

Вторым аналогом усиливающего сверхпроводящего метаматериала является параметрический сквид-усилитель (Дж.Ю. Матус, Т.С. Уайт, Р. Барендс, «Джозефсоновский параметрический усилитель с сильной внешней связью», Письма в Журнал Прикладной Физики, 104, 263513, 2014). Он работает на основе параметрического эффекта модуляции нелинейной индуктивности сверхпроводящего тока в петле, содержащей один или несколько джозефсоновских контактов в режиме смещения током, не превышающим критический ток джозефсоновских контактов. Концептуально, параметрический сквид-усилитель имеет параметры, по порядку величины сходные с ПТ-сквидом (усиление, ширина полосы, квантовый уровень шума при сверхнизких температурах); отличия от усилителя на ПТ-сквиде состоят в необходимости накачки от специального высокочастотного генератора, а также в отсутствии постоянного напряжения смещения на контактах.The second analogue of the amplifying superconducting metamaterial is a parametric squid amplifier (J.Y. Matus, TS White, R. Barends, “Josephson parametric amplifier with strong external coupling”, Letters in the Journal of Applied Physics, 104, 263513, 2014). It works on the basis of the parametric effect of modulating the nonlinear inductance of a superconducting current in a loop containing one or more Josephson contacts in a bias mode with a current not exceeding the critical current of Josephson contacts. Conceptually, a parametric squid amplifier has parameters similar in order of magnitude to a PT squid (gain, bandwidth, quantum noise level at extremely low temperatures); differences from the amplifier in the PT-squid are the need for pumping from a special high-frequency generator, as well as in the absence of a constant bias voltage at the contacts.

К недостаткам параметрического усилителя можно отнести низкий уровень мощности насыщения (на уровне единиц пВт), необходимость использования специально генератора сигнала накачки, а также узкую полосу рабочих частот (не более 10% от центральной частоты).The disadvantages of the parametric amplifier include a low level of saturation power (at the level of pW units), the need to use a specially designed pump signal generator, and a narrow band of operating frequencies (not more than 10% of the center frequency).

Прототипом устройства является последовательно включенная цепочка ПТ-сквидов (Вэлти, Р.П., Мартинис Джон М., «Последовательная цепочка ПТ-сквидов», Труды Международного Общества Электронных Инженеров в Области Магнетизма, т. 27, в. 2, стр. 2924-2926, 2002). Последовательное включение N ПТ-сквидов позволяет увеличить размах предельного выходного напряжения и соответственно увеличить мощность насыщения системы в N раз по сравнению с одиночным ПТ-сквидом.The prototype of the device is a series-connected chain of PT-squids (Welty, RP, Martinis John M., "A sequential chain of PT-squids", Proceedings of the International Society of Electronic Engineers in the Field of Magnetism, vol. 27, v. 2, p. 2924 -2926, 2002). The sequential inclusion of N PT squids makes it possible to increase the amplitude of the limiting output voltage and, accordingly, increase the saturation power of the system N times as compared with a single PT squid.

Недостатком этого устройства является сильное влияние технологического разброса нормальных сопротивлений и критических токов отдельных сквидов, что не позволяет реализовать для всех последовательно включенных сквидов оптимальное (одинаковое) по току и по напряжению смещение. Например, для смещения такой цепочки возникают затруднения в установке оптимальной рабочей точки в центре линейного участка ΒΑΧ для каждого сквида. Такая ситуация неизбежно ведет к снижению мощности насыщения индивидуальных звеньев и в сумме снижает эффективность всей системы, вплоть до превращения части звеньев в балласт.The disadvantage of this device is the strong influence of the technological spread of the normal resistances and critical currents of individual squids, which does not allow for the optimal (identical) current and voltage bias for all successively included squids to be applied. For example, to displace such a chain, difficulties arise in setting the optimal operating point in the center of the linear section ΒΑΧ for each squid. Such a situation inevitably leads to a decrease in the saturation power of individual links and, in total, reduces the efficiency of the entire system, up to the conversion of part of the links into ballast.

Технический результат выражается в том, что усиливающий сверхпроводящий метаматериал позволяет, в отличие от его прототипа, теоретически неограниченно увеличивать мощность насыщения. Открывается возможность расширять частотный диапазон усиления (до 20-30% от центральной частоты, f, а теоретически даже шире), сохраняя при этом шумовую температуру на уровне квантового предела $$\frac{nf}{k}$$

, что подразумевает охлаждение прибора до температуры T, которая удовлетворяет условию kT<nf.The technical result is expressed in the fact that the reinforcing superconducting metamaterial allows, in contrast to its prototype, to theoretically unlimitedly increase the saturation power. The opportunity arises to expand the frequency range of amplification (up to 20-30% of the center frequency, f, and theoretically even wider), while maintaining the noise temperature at the level of the quantum limit $$\frac{nf}{k}$$

, which implies cooling the device to a temperature T, which satisfies the condition kT <nf.

Технический результат достигается тем, что используется усиливающий сверхпроводящий метаматериал, состоящий из гальванически связанных элементарных ячеек, смещенных постоянным током и проявляющих эффект квантовой интерференции с участием двух или более джозефсоновских контактов, отличающийся тем, что элементарные ячейки образуют в своей совокупности двухмерную равномерно распределенную в пространстве решетку, метаповерхность, а магнитное поле усиливаемого сигнала создается близко расположенной низкодобротной линией передачи, которая распределяет сигнал между всеми ячейками метаматериала.The technical result is achieved by using an amplifying superconducting metamaterial, consisting of galvanically coupled unit cells displaced by direct current and exhibiting the effect of quantum interference with the participation of two or more Josephson contacts, characterized in that the unit cells together form a two-dimensional uniformly distributed lattice in space , metasurface, and the magnetic field of the amplified signal is created by a closely located low-Q transmission line, to Thoraya distributes the signal among all the cells of the metamaterial.

Изобретение поясняется чертежом, где 1 - сигнальный СВЧ вход, подсоединенный к металлическому полоску, 2 - сверхпроводящий электрод подачи смещения и вывода усиленного сигнала, 3 - вывод СВЧ и ПТ заземления, 4 - настроечные конденсаторы, 5 - джозефсоновские контакты, 6 - подложка, 7 - контуры квантования магнитного поля сквидов. Фигура 1 в порядке слева направо поясняет качественный переход от аналога и прототипа к усиливающему сверхпроводящему метаматериалу: от одиночного ПТ-сквида к цепочке последовательно или параллельно включенных сквидов и далее к последовательно-параллельному включению сквидов, являющемуся вариантом описанной выше двухмерной решетки. В силу сильной связи всех ячеек такой структуры возникает синхронизация частоты джозефсоновского тока во всех ячейках и происходит автоматическое выравнивание напряжений на всех контактах даже при наличии определенного разброса параметров.The invention is illustrated in the drawing, where 1 is a microwave signal input connected to a metal strip, 2 is a superconducting electrode for bias and amplified signal output, 3 is a microwave and ground ground terminal, 4 are tuning capacitors, 5 are Josephson contacts, 6 is a substrate, 7 - contours of quantization of the magnetic field of squids. Figure 1, in order from left to right, explains the qualitative transition from analogue and prototype to a reinforcing superconducting metamaterial: from a single PT squid to a chain of sequentially or parallel connected squids and then to sequentially-parallel inclusion of squids, which is a variant of the above-described two-dimensional lattice. Due to the strong connection of all cells of this structure, the frequency of the Josephson current is synchronized in all cells and the voltage is automatically equalized at all contacts even if there is a certain spread of parameters.

Фигура 2 представляет собой эскиз технической реализации активной области устройства с применением технологии тонких пленок и является трехмерным изображением электромагнитной модели, с помощью которой могут быть подтверждены заявленные электродинамические свойства устройства. Внешние по отношению к устройству электродинамические цепи - волноводы и проводники смещения - не показанны, так как они могут иметь стандартные решения и не претендуют на оригинальность. В нижнем слое располагается прямоугольная решетка джозефсоновских контактов размерностью N∗M. В соответствии с формализмом электромагнитного моделирования, импедансы джозефсоновских контактов представлены в виде высокочастотных портов, параметры которых отражают электрофизические свойства выбранного типа джозефсоновских контактов. В верхнем слое располагается сверхпроводящий полосок в форме меандра, наводящий кольцевые токи в элементарных ячейках решетки. Как показывают проведенные нами расчеты, правильным выбором числа элементарных ячеек и парциального поглощения каждого из них можно добиться того, что мощность сигнала, подведенная к полоску, практически полностью (на 70-80%) поглощается решеткой.Figure 2 is a sketch of the technical implementation of the active region of the device using the technology of thin films and is a three-dimensional image of the electromagnetic model, with which the claimed electrodynamic properties of the device can be confirmed. Electrodynamic circuits external to the device — waveguides and bias conductors — are not shown, as they can have standard solutions and do not claim to be original. In the lower layer, there is a rectangular lattice of Josephson junctions of dimension N ∗ M. In accordance with the formalism of electromagnetic modeling, the impedances of Josephson junctions are presented in the form of high-frequency ports, the parameters of which reflect the electrophysical properties of the selected type of Josephson junctions. In the upper layer there is a superconducting strip in the form of a meander, which induces ring currents in the unit cells of the lattice. As our calculations show, by the correct choice of the number of unit cells and the partial absorption of each of them, it is possible to achieve that the signal power brought to the strip is almost completely (70-80%) absorbed by the grating.

Фигура 3 демонстрирует результаты моделирования S-параметров электромагнитной модели, представленной в виде фигуры 2: показаны частотные зависимости коэффициента отражения входа S₁₁ и коэффициента обратного прохождения S₂₁ (изоляция выхода). Передаточная характеристика S₂₁ не вычислялась, она определяется токополевой характеристикой петли сквида и предполагается такой же, как у обычного ПТ-сквида, то есть она полагается стандартным параметром и, по нашему мнению, ее точное значение не имеет решающего влияния на работу предлагаемого устройства.Figure 3 shows the simulation results of the S-parameters of the electromagnetic model, presented in the form of figure 2: shows the frequency dependence of the reflection coefficient of the input S ₁₁ and the return coefficient S ₂₁ (output isolation). The transfer characteristic S _{21 was} not calculated, it is determined by the current-field characteristic of the squid loop and is assumed to be the same as that of a conventional PT-squid, that is, it is assumed to be a standard parameter and, in our opinion, its exact value does not have a decisive influence on the operation of the proposed device.

Из анализа данных фигуры 3 видно, что в полосе более 2 ГГц (более 20% от центральной частоты) в области частоты 10 ГГц сигнал хорошо поглощается структурой, при этом паразитное прохождение сигнала между входом и выходом очень мало и в силу математической симметрии модели в расчете не превышает - 110 дБ.From the analysis of the data of FIG. 3, it can be seen that in the band of more than 2 GHz (more than 20% of the center frequency) in the frequency range of 10 GHz, the signal is well absorbed by the structure, while the parasitic transmission of the signal between the input and output is very small and due to the mathematical symmetry of the model in the calculation does not exceed - 110 dB.

Фигура 4 показывает адмиттанс портов электромагнитной модели в точках включения джозефсоновских переходов. Приведенные кривые подтверждают отсутствие упомянутых выше паразитных резонансов в системе сквид-сигнальный индуктор, по крайней мере, до частоты 300 ГГц. Это означает гладкость ΒΑΧ джозефсоновских переходов, а максимальная ожидаемая удвоенная амплитуда неискаженного выходного сигнала может достигать 600 мкВ. Это означает мощность насыщения джозефсоновского контакта, нагруженного на 50 Ом около 0,8 нВт. Для всего устройства, имеющего размерность Μ∗Ν=100, мощность насыщения можно оценить в 80 нВт (-41 дБм), что делает такой усилитель сравнимым по этому параметру с сверхмалошумящими слаботочными полупроводниковыми охлаждаемыми усилителями.Figure 4 shows the admittance of the ports of the electromagnetic model at the junction points of the Josephson junctions. The above curves confirm the absence of the spurious resonances mentioned above in the squid-signal inductor system, at least up to a frequency of 300 GHz. This means smoothness ΒΑΧ of the Josephson junctions, and the maximum expected doubled amplitude of the undistorted output signal can reach 600 μV. This means the saturation power of the Josephson junction, loaded at 50 ohms about 0.8 nW. For the entire device with the dimension Μ ∗ Ν = 100, the saturation power can be estimated at 80 nW (-41 dBm), which makes such an amplifier comparable in this parameter to ultra-low-noise low-current semiconductor cooled amplifiers.

На фигуре 5 показан чертеж устройства чипа: 1 - сигнальный СВЧ вход, подсоединенный к металлическому полоску, 2 - сверхпроводящий электрод подачи смещения и вывода усиленного сигнала, 3 - вывод СВЧ и ПТ заземления, 4 - настроечные конденсаторы, 5 - джозефсоновские контакты, 6 - подложка, 7 - контура квантования магнитного поля сквидов.Figure 5 shows a drawing of the device of the chip: 1 - microwave signal input connected to a metal strip, 2 - superconducting electrode for bias and amplified signal output, 3 - microwave and PT ground terminal, 4 - tuning capacitors, 5 - Josephson contacts, 6 - substrate, 7 - Squid magnetic field quantization loop.

На фигуре 6 представлена безгистерезисная ΒΑΧ типичного джозефсоновского перехода, пригодного для использования в сверхпроводящем усиливающем метаматериале. Ic - критический ток джозефсоновского перехода. Полный ток, текущий через контакт, образуется из сверхпроводящей и нормальной составляющих Is и In, соответственно. Vc - критическое напряжение джозефсоновского контакта (несколько сот микровольт).Figure 6 shows a hysteresis-free ΒΑΧ of a typical Josephson junction suitable for use in a superconducting amplifying metamaterial. Ic is the critical current of the Josephson junction. The total current flowing through the contact is formed from the superconducting and normal components Is and In, respectively. Vc is the critical voltage of the Josephson junction (several hundred microvolts).

Изобретение осуществляется следующим образом. Методами тонкопленочной технологии изготавливается чип, имеющий несколько специализированных электрических выводов, показанных на фигуре 5: 1 - сигнальный СВЧ вход, подсоединенный к металлическому полоску, 2 - сверхпроводящий электрод подачи смещения и вывода усиленного сигнала, 3 - вывод СВЧ и ПТ заземления, 4 - настроечные конденсаторы, 5 - джозефсоновские контакты, 6 - подложка тонкопленочной структуры, 7 - контуры квантования магнитного поля сквидов. Точки 1 и 2 подсоединены к высокочастотным линиям входа и выхода соответственно. Металлические сверхпроводящие слои, в которых изготовлены геометрические фигуры 2 и 3, разделены слоем диэлектрика везде, кроме специальных окошек, в которых сформированы джозефсоновские контакты 5; в принципе, геометрические фигуры 2 и 3 могут быть изготовлены в одном физическом слое в зависимости от конкретной технологии изготовления (от типа) джозефсоновского перехода. Слои, содержащие геометрические фигуры 2, 3 и джозефсоновские переходы, отделены слоем диэлектрика от геометрической фигуры 1, которая представляет собой металлический полосок, а конденсаторы 4 сформированы между геометрическими фигурами 1 и 3. Видно, что топологически число периодов структуры (число элементарных ячеек) может быть увеличено и по горизонтали, и по вертикали, и таким образом фигура 5 является одним из примеров реализации устройства. Принцип действия устройства состоит в том, что сигнал с СВЧ входа 1 подается в металлический полосок, находящийся в низкодобротном резонансе с конденсаторами 4 и решеткой джозефсоновских переходов. Ток, возникающий в полоске, создает магнитное поле, возбуждающее кольцевые токи в ячейках решетки. Энергия сигнала поглощается решеткой в соответствии импедансами кольцевых токов ячеек (парциальных сквидов), что продемонстрированно на фигуре 3. На электрод смещения 2 подается постоянный ток, обеспечивающий смещение рабочей точки джозефсоновских контактов на напряжение порядка 300 микровольт. Около точки смещения происходит модуляция ΒΑΧ джозефсоновских переходов в соответствии с мгновенным полем сигнала в полосковой линии 1. Вследствие сильной связи соседних ячеек системы будет происходить синхронизация джозефсоновских токов, и при этом устанавливается строгое равенство частот (напряжений) на всех синхронизированных контактах, что позволяет оптимизировать вклад в общее усиление всех ячеек устройства. Усиленный сигнал снимается с электрода 2 в виде высокочастотной модуляции тока смещения. Емкость конденсаторов 4 выбирается в соответствии с заданной центральной частотой усилителя. В устройстве должны быть использованы джозефсоновские переходы с безгистерезисной ΒΑΧ изображенной, как пример, на фигуре 6.The invention is as follows. Using thin-film technology, a chip is made that has several specialized electrical leads shown in Figure 5: 1 — a microwave signal input connected to a metal strip, 2 — a superconducting electrode for bias and amplified signal output, 3 — a microwave and PT ground terminal, 4 — tuning capacitors, 5 — Josephson junctions, 6 — thin-film structure substrate, 7 — squid magnetic field quantization contours. Points 1 and 2 are connected to the high-frequency input and output lines, respectively. The metal superconducting layers in which the geometric figures 2 and 3 are made are separated by a dielectric layer everywhere except for special windows in which Josephson contacts 5 are formed; in principle, geometrical figures 2 and 3 can be made in one physical layer, depending on the specific manufacturing technology (type) of the Josephson junction. Layers containing geometrical figures 2, 3 and Josephson junctions are separated by a dielectric layer from geometrical figure 1, which is a metal strip, and capacitors 4 are formed between geometrical figures 1 and 3. It is seen that topologically the number of periods of the structure (the number of unit cells) can be enlarged both horizontally and vertically, and thus figure 5 is one example of the implementation of the device. The principle of operation of the device is that the signal from the microwave input 1 is fed into a metal strip, which is in low-Q resonance with capacitors 4 and a Josephson junction lattice. The current arising in the strip creates a magnetic field that excites ring currents in the cells of the lattice. The signal energy is absorbed by the lattice in accordance with the impedances of the cell ring currents (partial squids), which is shown in figure 3. A direct current is applied to the bias electrode 2, which ensures the displacement of the working point of Josephson contacts by a voltage of about 300 microvolts. Near the bias point, ΒΑΧ Josephson junctions are modulated in accordance with the instantaneous field of the signal in strip line 1. Due to the strong coupling of the neighboring cells of the system, Josephson currents will be synchronized, and this will establish strict equality of frequencies (voltages) at all synchronized contacts, which will optimize the contribution in the total gain of all device cells. The amplified signal is removed from the electrode 2 in the form of a high-frequency modulation of the bias current. The capacitance of the capacitors 4 is selected in accordance with a given center frequency of the amplifier. The device should use Josephson junctions with a hysteresis-free ΒΑΧ shown, as an example, in figure 6.

Claims (1)

Усиливающий сверхпроводящий метаматериал, состоящий из гальванически связанных элементарных ячеек, смещенных постоянным током и проявляющих эффект квантовой интерференции с участием двух или более джозефсоновских контактов, отличающийся тем, что элементарные ячейки образуют в своей совокупности двухмерную равномерно распределенную в пространстве решетку, метаповерхность, а магнитное поле усиливаемого сигнала создается близко расположенной низкодобротной линией передачи, которая распределяет сигнал между всеми ячейками метаматериала. A reinforcing superconducting metamaterial consisting of galvanically coupled unit cells displaced by direct current and exhibiting the effect of quantum interference with the participation of two or more Josephson contacts, characterized in that the unit cells together form a two-dimensional uniformly distributed space lattice, metasurface, and the magnetic field of the amplified the signal is created by a closely located low-Q transmission line that distributes the signal between all cells of the metamate rial.

Images