Phase-resolved visualization of radio-frequency standing waves in superconducting spiral resonator for metamaterial applications

Анотація

Надпровідні мікросхеми та мета-матеріали — перспективні кандидати для використання в кріогенній електроніці нового покоління. Їх функціональність значною мірою визначена макроскопічним розподілом електромагнітних полів в системі структурних елементів, ніж мікроскопічними властивостями композитних матеріалів. Представлено новий метод візуалізації просторової структури проникальних мікрохвиль з мікроскопічною роздільною здатністю в площинних надпровідних макроскопічних резонаторах, що є найважливішими ланцюго-утворюючими елементами сучасної мікроелектроніки. Цей метод використовує низькотемпературний лазерний скануючий мікроскоп, який досліджує фазу (тобто напрямок) та амплітуду локальних радіочастотних струмів в залежності від двовимірних координат надпровідної резонансної структури, що досліджується. Фазочутливий контраст досягається шляхом синхронізації модульованого інтенсивністю лазерного випромінювання та резонансних гармонік мікрохвильового сигналу, що проходить через зразок. У цьому випадку індуковані лазерним променем енергетичні втрати в освітлюваній області будуть сильно залежати від локальної різниці фаз між радіочастотним сигналом і просторово-часовою структурою сфокусованих осциляцій лазера. Цей підхід усуває апаратні обмеження існуючої техніки радіочастотної мікроскопії та доводить режим фазочутливої демодуляції до рівня, необхідного для вивчення фізики надпровідних мета-матеріалів. Перевага представленого методу над попереднім методом радіочастотної скануючої мікроскопії демонструється на прикладі формування стоячих хвиль у спіральному надпровідному резонаторі Архімеда аж до 38-го резонансу власної моди.