MÉTODO PRECISO DE DESENCADENAMIENTO DE AVALANCHAS EN DISPOSITIVOS SUPERCONDUCTORES.

Método preciso de desencadenamiento de avalanchas en dispositivos superconductores,

comprendiendo:

- colocar una guía de onda (102) próxima a un borde (101) del dispositivo superconductor (105) para crear un campo electromagnético de alta frecuencia (hrf);

- medir, mediante analizador de redes vectoriales (104) conectado a la guía de onda (102) y para distintos rangos de campo magnético y temperatura, la variación diferencial entre campos magnéticos consecutivos de la transmisión del campo electromagnético en función de la frecuencia y de la potencia de microondas aplicada;

- determinar, en función del campo magnético y temperatura, un rango de frecuencias características para las cuales la variación diferencial de la transmisión del campo electromagnético es mayor y el valor de potencia de microondas es la mínima posible desanclar los vórtices;

- aplicar sobre la guía de onda (102) la potencia de microondas mínima determinada anteriormente y con contenido espectral que corresponde a los picos de transmisión diferencial.

Método preciso de desencadenamiento de avalanchas en dispositivos superconductores.

Campo de la invención La presente invención se engloba dentro del campo de los métodos de desencadenamiento de avalanchas en dispositivos superconductores.

Antecedentes de la invención Las avalanchas son procesos espontáneos de movimiento de flujo magnético (vórtices) en materiales superconductores que perjudican el funcionamiento normal de distintos dispositivos (e.g. avalanchas en plomo [1]) . Existen varias formas de desencadenar avalanchas de forma controlada, por ejemplo, usando láser [2], pulsos de corriente [3], campos electromagnéticos creados por guías de onda de materiales superconductores [4, 5] o de microondas creados por bobinas de materiales metálicos [6].

La característica principal de estos métodos es que la inestabilidad está provocada por un punto normal caliente generado por las perturbaciones externas previamente mencionadas.

REFERENCIAS

[1] C. Tien, et al., PhysicalReveiw B83, 014502 (2011) .

[2] P. Leiderer et al., Phys. Rev. Lett. 71, 2646 (1993) .

[3] A. V. Bobyl et al., Appl. Phys. Lett. 80, 4588 (2002) .

[4] G. Ghigo et al., J. Appl. Phys. 102, 113901 (2007) .

[5] G. Ghigo et al., Appl. Phys. Lett. 94, 052505 (2009) .

[6] P. Cuadra-Solis et al., J. Supercond. Nov. Mag. 24, 395 (2010) .

[7] Chumakov et al., Phys.Rev. B71, 014410 (2005)

Descripción de la invención La principal ventaja de la presente invención es que a partir del conocimiento previo de las frecuencias de desanclaje de los vórtices en cada muestra en particular, se puede aplicar una señal de microondas con una composición armónica determinada (mezcla de varias frecuencias determinadas) para desencadenar de manera controlada las avalanchas de vórtices superconductoras, alejando así el superconductor del estado crítico y relajando las tensiones en la red de vórtices que llevan el sistema a un exceso de ruido.

La segunda ventaja es la necesidad de aplicar potencias mínimas de microondas para desencadenar las avalanchas, ya que la energía suministrada se concentra en un rango estrecho de frecuencias de microondas.

El método preciso de desencadenamiento de avalanchas en dispositivos superconductores objeto de la invención comprende:

- Una etapa previa de caracterización, que a su vez comprende:

• Colocar una guía de onda próxima a un borde del dispositivo superconductor, a una distancia del borde, preferentemente, pero sin limitarse, comparable con la anchura de electrodo central de la guía de onda, para la creación de un campo electromagnético de alta frecuencia con una componente perpendicular a la superficie del dispositivo superconductor.

• Medir, mediante un analizador de redes vectoriales conectado a dos contactos de la guía de onda y para al menos un rango de campo magnético y temperatura de funcionamiento del dispositivo superconductor, la variación diferencial entre campos magnéticos consecutivos de la transmisión del campo electromagnético en función de la frecuencia y de la potencia de microondas aplicada.

- Una etapa de desencadenamiento preciso de avalanchas, que comprende:

• Determinar, en función del campo magnético y temperatura de funcionamiento del dispositivo superconductor y empleando las medidas de la etapa de caracterización, un rango de frecuencias características para las cuales la variación diferencial de la transmisión del campo electromagnético es mayor y, donde la variación diferencial de transmisión del campo electromagnético es mayor, el valor de potencia de microondas es la mínima posible desanclar los vórtices. El valor de potencia mínima de microondas es característica de cada campo y de cada temperatura de funcionamiento de dispositivo superconductor.

• Aplicar sobre la guía de onda la potencia de microondas mínima determinada anteriormente y

con contenido espectral que corresponde a los picos de transmisión diferencial.

El método comprende también preferentemente:

- monitorizar la temperatura del dispositivo superconductor;

- ante un cambio de temperatura, volver a determinar el rango de frecuencias características para las cuales la variación diferencial de transmisión del campo electromagnético es mayor, en función de la nueva temperatura;

- aplicar sobre la guía de onda la potencia de microondas mínima determinada anteriormentea una frecuencia dentro de dicho rango de frecuencias características.

Adicionalmente, el método puede comprender:

-monitorizar el campo magnético aplicado al dispositivo superconductor;

- ante un cambio de dicho campo magnético, volver a determinar el rango de frecuencias características para las cuales la variación diferencial de transmisión del campo electromagnético es mayor, en función del nuevo campo magnético;

-aplicar sobre la guía de onda la potencia mínima determinada anteriormente de microondas a una frecuencia dentro de dicho rango de frecuencias características.

La guía de onda puede ser depositada sobre el borde del dispositivo superconductor previamente cubierto con un material aislante fino, o bien el borde del dispositivo superconductor es colocado, a partir de un material aislante fino, paralelo al conductor central de una guía de onda depositada en un sustrato, donde el sustrato es preferentemente un material dieléctrico como por ejemplo, pero sin limitarse, alúmina, oxido de silicio, silicio, etc.

Breve descripción de los dibujos A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

La Figura 1 muestra el dispositivo superconductor con una línea de transmisión de campo electromagnético cerca del borde del dispositivo superconductor.

La Figura 2A muestra un esquema de ensayo en el que el borde de la película superconductora está situado sobre el electrodo central de la guía de onda metálica de cobre.

La Figura 2B muestra el resultado de la variación diferencial de transmisión para el ensayo de la Figura 2A.

Las Figuras 3A y 3B muestran que para el desencadenamiento de avalanchas a partir de un conjunto determinado de frecuencias de microondas, es necesario superar un umbral de potencia de microondas.

Descripción detallada de la invención Cualquier dispositivo superconductor que está diseñado para la detección de radiación externa (bolómetros) , funciona como un transmisor de señales electromagnético (guías de onda) , detector de campo exterior (SQUID, dispositivos superconductores de interferencia cuántica) u otros que están basados en materiales superconductores que pueden tener vórtices atrapados en defectos estructurales, que contribuyen en el ruido electrónico y la inestabilidad del funcionamiento del dispositivo.

Según la presente invención, el mencionado dispositivo superconductor 105 (que se selecciona de la lista que comprende, pero sin limitarse, una película plana de Nb, NbN, Pb o cualquier superconductor de segundo tipo en el cual el campo magnético penetra en forma de vórtices cuantizados 100) incorpora una línea de transmisión 102 de campo electromagnético, que crea un campo electromagnético de alta frecuencia (hrf) con una componente perpendicular a la superficie de la película y cerca de su borde 101. Esta línea de transmisión o guía de onda 102 puede ser depositada sobre el borde de la película previamente cubierto con un material aislante fino. Alternativamente, el borde 101 del dispositivo superconductor puede, a partir de un material aislante fino, ser colocado paralelo al conductor central de una guía de onda depositada en un sustrato (ver Figura 1) , donde el sustrato es preferentemente un material dieléctrico como por ejemplo, pero sin limitarse, alúmina, oxido de silicio, silicio, etc..

Para cada rango de campo magnético y temperatura de funcionamiento se mide la transmisión del campo electromagnético en función de la frecuencia y de la potencia aplicada conectando los cables 103 a dos contactos (106, 106’) de la guía de onda 102 a la salida y a la entrada del analizador de redes vectoriales 104 ( VNA, “Vector Network Analyzer”) .

A cada valor de potencia emitida, escaneando las frecuencias de VNA, se determinan las frecuencias específicas a partir de las cuales se desencadenan las avalanchas para cada campo magnético y temperatura en función de la potencia de microondas aplicada.

Estos datos obtenidos se usan para desencadenar las avalanchas...

1. Método preciso de desencadenamiento de avalanchas en dispositivos superconductores, caracterizado por que comprende:

- una etapa previa de caracterización, que comprende:

• colocar una guía de onda (102) próxima a un borde (101) del dispositivo superconductor (105)

para la creación de un campo electromagnético de alta frecuencia (hrf) con una componente perpendicular a la superficie del dispositivo superconductor (105) ;

• medir, mediante un analizador de redes vectoriales (104) conectado a dos contactos (106, 106’)

de la guía de onda (102) y para al menos un rango de campo magnético y temperatura de funcionamiento del dispositivo superconductor (105) , la variación diferencial entre campos magnéticos consecutivos de la transmisión del campo electromagnético en función de la frecuencia y de la potencia de microondas aplicada;

- una etapa de desencadenamiento preciso de avalanchas, que comprende:

• determinar, en función del campo magnético y temperatura de funcionamiento del dispositivo superconductor (105) y empleando las medidas de la etapa de caracterización, un rango de frecuencias características para las cuales la variación diferencial de la transmisión del campo electromagnético es mayor y, donde la variación diferencial de transmisión del campo electromagnético es mayor, el valor de potencia de microondas es la mínima posible desanclar los vórtices;

• aplicar sobre la guía de onda (102) la potencia de microondas mínima determinada anteriormente y con contenido espectral que corresponde a los picos de transmisión diferencial.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende:

- monitorizar la temperatura del dispositivo superconductor (105) ;

- ante un cambio de temperatura, volver a determinar el rango de frecuencias características para las cuales la variación diferencial de transmisión del campo electromagnético es mayor, en función de la nueva temperatura;

- aplicar sobre la guía de onda (102) la potencia de microondas mínima determinada anteriormentea una frecuencia dentro de dicho rango de frecuencias características.

3. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende:

- monitorizar el campo magnético aplicado al dispositivo superconductor (105) ;

- ante un cambio de dicho campo magnético, volver a determinar el rango de frecuencias características para las cuales la variación diferencial de transmisión del campo electromagnético es mayor, en función del nuevo campo magnético;

- aplicar sobre la guía de onda (102) la potencia mínima determinada anteriormente de microondas a una frecuencia dentro de dicho rango de frecuencias características.

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la guía de onda (102) es depositada sobre el borde (105) del dispositivo superconductor (105) previamente cubierto con un material aislante fino.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el borde (101) del dispositivo superconductor (105) es colocado, a partir de un material aislante fino, paralelo al conductor central de una guía de onda (102) depositada en un sustrato.

6. Método según la reivindicación 5, donde el sustrato es un material dieléctrico