КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 17-12-01079
НазваниеРазработка новой элементной базы цифровой сверхпроводниковой электроники с магнитными материалами
Руководитель Куприянов Михаил Юрьевич, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва
Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-209 - Низкие температуры и сверхпроводимость
Ключевые слова Сверхпроводниковая электроника, сверхпроводниковая спинтроника, эффект Джозефсона, элементы сверхпроводниковой памяти
Код ГРНТИ29.19.29
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на исследование электронного транспорта в гетероструктурах, содержащих сверхпроводящие (S) материалы с различным механизмом сверхпроводящего спаривания, диэлектрики (I), ферромагнетики (F) и нормальные (N) металлы. Основной целью проекта является разработка физических основ электронного транспорта в базовых элементах современных устройств сверхпроводниковой электроники – джозефсоновских контактах. На базе решения этой задачи будет исследована возможность создания на их основе новых базовых элементов сверхпроводниковой логики и памяти, и соответствующей им логики функционирования, подходящей для схем, работающих в классическом, адиабатическом, обратимом, квантовом режиме и режиме искусственной нейронной сети.
Практическое значение проекта состоит в получении данных, необходимых для разработки и конструирования современных устройств для приема и обработки информации, которые отличаются от своих полупроводниковых аналогов уникальной чувствительностью и (или) быстродействием, а также в создании нового семейства компонент сверхпроводниковой элементной базы, построенных с использованием исследуемых джозефсоновских гетероструктур с ферромагнитными слоями. Будут определены параметры разрабатываемых джозефсоновских элементов, обеспечивающих корректное проведение логических операций, операций записи и считывания информации. Будут выполнены исследования динамических процессов в разрабатываемых базовых элементах и многоэлементных джозефсоновских структурах.
Актуальность запланированных в проекте исследований диктуется современными тенденциями в развитии систем приема и обработки информации. К ним, в первую очередь, относится разработка сверхмощных вычислительных комплексов, высокое энергопотребление которых уже стало серьезной проблемой. Решение вопросов повышения энергоэффективности в рамках традиционных CMOS вычислительных систем, становится все более и более проблематичным. Сверхпроводящие вычислители предлагают привлекательную альтернативу CMOS. Сейчас созданы предпосылки для прорыва в этой области: разработаны новые логические ячейки, которые не рассеивают энергии в статическом состоянии и совмещают в пределах вычислительной ячейки процессы хранения и обработки информации, а также новые гибридные SFS гетероструктуры, которые могут быть использованы для создания интегрированной с логическими цепями сверхпроводниковой памяти. Изготовление и исследование таких гетероструктур является одной из составных частей программы США, предусматривающей создание производства для изготовления действующей модели прототипа сверхпроводящего вычислителя. В данном проекте мы предлагаем сконцентрироваться на решении одной из важнейших проблем в разработке сверхпроводниковых энергосберегающих вычислителей – теоретическом исследовании джозефсоновских SFS многослойных гетеростуктур различной геометрии, с целью разработки на их основе элементов сверхпроводниковой памяти интегрированной с логическими цепями, а также симуляции процессов переключения и хранения информации в таких устройствах.
Выполнение данного проекта должно обеспечить сохранение имеющегося приоритета РФ в этой динамично развивающейся области знаний.
Проект, несомненно, имеет научную новизну. В результате решения сформулированных в нем задач будут получены новые фундаментальные знания в области электронного транспорта в сверхпроводниковых гетероструктурах, будут разработаны и оптимизированы физические принципы конструирования устройств на их основе.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Соловьев И.И., Щеголев А.Е., Кленов Н.В., Бакурский С.В., Куприянов М.Ю., Терешонок М.В., Шадрин А.В., Столяров В.С., Голубов А.А.
Adiabatic superconducting artificial neural network: Basic cells
Journal of Applied Physics, 124, 15, 152113 (год публикации - 2018)
10.1063/1.5042147
2.
Столяров В.С., Крен Т., Брун С., Головчанский И.А., Скрябина О.В., Касатонов Д.И., Хапаев М.М., Куприянов М.Ю., Родичев Д.
Expansion of a superconducting vortex core into a diffusive metal
Nature communications, 9, 2277 (год публикации - 2018)
10.1038/s41467-018-04582-1
3.
Кленов Н.В., Щеголев А.Е., Соловьев И.И., Бакурский С.В., Терешонок М.В.
Energy efficient superconducting neural networks for high-speed intellectual data processing systems
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 28, 7, 1301006 (год публикации - 2018)
10.1109/TASC.2018.2836903
4.
Бакурский С.В., Кленов Н.В., Соловьев И.И., Пугач Н.Г., Куприянов М.Ю., Голубов А.А.
Protected 0-pi states in sisfs junctions for josephson memory and logic
Applied Physics Letters, 113, 8, 082602 (год публикации - 2018)
10.1063/1.5045490
5.
Буренков И.А., Тихонова О.В., Поляков С.В.
Quantum receiver for large alphabet communication.
Optica, 5, 3, 227–232 (год публикации - 2018)
10.1364/OPTICA.5.000227
6.
Соловьев И.И., Ружицкий В.И., Кленов Н.В., Бакурский С.В., Куприянов М.Ю.
A linear magnetic flux-to-voltage transfer function of a differential DC SQUID
Superconductor Science and Technology, Vol. 32., P. 074005 (год публикации - 2019)
10.1088/1361-6668/ab0d73
7.
Кленов Н.В., a, Кузнецов А.В., Щеголев А.Е., Соловьев И.И., Бакурский С.В., Куприянов М.Ю., Терешонок М.В.
A neuron based on a single flux qubit
Low Temperature Physics, Vol. 45, no. 7., P. 769–774. (год публикации - 2019)
10.1063/1.5111305
8.
Бакурский С.В., Неило А.А., Кленов Н.В., Соловьев И.И., Куприянов М.Ю.
Dynamic properties of asymmetric double josephson junction stack with quasiparticle imbalance
Nanotechnology, Vol. 30, no. 32., P. 324004 (год публикации - 2019)
10.1088/1361-6528/ab1a8e
9.
Денисенко М.В., Кленов Н.В., Сатанин А.М.
Single flux pulses affecting the ensemble of superconducting qubits
AIP Conference Proceedings, Vol. 1936., P. 020009–1–020009–6 (год публикации - 2018)
10.1063/1.5025447
10.
Богацкая А.В.,Щеголев А.Е.,Кленов Н.В., Попов А.М.
Generation of coherent and spatially squeezed states of an electromagnetic beam in a planar inhomogeneous dielectric waveguide
Photonics, 6, 84 (год публикации - 2019)
10.3390/photonics6030084
11.
Кушнир ВН, Сидоренко АС, Тагиров ЛР, Куприянов МЮ
Basic superconducting spin valves
In: Sidorenko A. (eds) Functional Nanostructures and Metamaterials for Superconducting Spintronics. NanoScience and Technology, Springer, Cham, Geverbestrasse 11, 6330 Cham, Switzerland, pages 1–29 (год публикации - 2018)
10.1007/978-3-319-90481-8_1
12.
Соловьев И И, Кленов Н В, Щеголев А Е, Бакурский С В, Куприянов М Ю, Терешонок М В, Голубов А А
Analytical description of low-Tc DC SQUID response and methods for its linearization
In 2017 16TH INTERNATIONAL SUPERCONDUCTIVE ELECTRONICS CONFERENCE (ISEC), IEEE International Superconductive Electronics Conference, IEEE Xplore Digital Library, IEEE 345 E 47TH ST, NEW YORK, NY 10017 USA, pages 8314221–1–8314221–3 (год публикации - 2017)
10.1109/ISEC.2017.8314221
13.
Тагиров Л Р, Куприянов М Ю, Сидоренко А С, Кушнир В Н
Superconducting triplet proximity and Josephson spin valves
In: Sidorenko A. (eds) Functional Nanostructures and Metamaterials for Superconducting Spintronics. NanoScience and Technology, Springer, Cham Geverbestrasse 11, 6330 Cham, Switzerland, pages 31–47 (год публикации - 2018)
10.1007/978-3-319-90481-8_2
14.
Бакурский С В, Кленов Н В, Соловьев И И, Сидоренко А С, Куприянов М Ю, Голубов А А
Compact Josephson φ-junctions
In: Sidorenko A. (eds) Functional Nanostructures and Metamaterials for Superconducting Spintronics. NanoScience and Technology, Springer, Cham Geverbestrasse 11, 6330 Cham, Switzerland, pages 49–71 (год публикации - 2018)
10.1007/978-3-319-90481-8_3
15. Кленов Н В Принципы построения сверхпроводниковых искусственных нейросетей Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения, Т. 17. – № 4. – С. 1031-1034. (год публикации - 2017)
16.
Гайфуллин Р Р, Деминов Р Г, Тагиров Л Р, Куприянов М Ю, Голубов А А
Distribution of pairing functions in superconducting spin valve SF1F2
Physics of the Solid State, том 59, № 11, с. 2114-2119 (год публикации - 2017)
10.1134/S1063783417110105
17.
Гинзбург Л В, Батов И Е, Больгинов В В, Егоров С В, Чичков В И, Щеголев А Е, Кленов Н В, Соловьев И И, Бакурский С В, Куприянов М Ю
Определение ток-фазового соотношения джозефсоновских контактов с помощью несимметричного двухконактного СКВИДа
JETP Letters, v. 107, р:48–54 (год публикации - 2018)
10.1134/S0021364018010058
18.
Соловьев И И, Кленов Н В, Бакурский С В, Куприянов М Ю, Гудков А Л, Сидоренко А С
Beyond Moore’s technologies: operation principles of a superconductor alternative
Beilstein journal of nanotechnology, v.8, pages 2689–2710 (год публикации - 2017)
10.3762/bjnano.8.269
Публикации
1.
Соловьев И.И., Щеголев А.Е., Кленов Н.В., Бакурский С.В., Куприянов М.Ю., Терешонок М.В., Шадрин А.В., Столяров В.С., Голубов А.А.
Adiabatic superconducting artificial neural network: Basic cells
Journal of Applied Physics, 124, 15, 152113 (год публикации - 2018)
10.1063/1.5042147
2.
Столяров В.С., Крен Т., Брун С., Головчанский И.А., Скрябина О.В., Касатонов Д.И., Хапаев М.М., Куприянов М.Ю., Родичев Д.
Expansion of a superconducting vortex core into a diffusive metal
Nature communications, 9, 2277 (год публикации - 2018)
10.1038/s41467-018-04582-1
3.
Кленов Н.В., Щеголев А.Е., Соловьев И.И., Бакурский С.В., Терешонок М.В.
Energy efficient superconducting neural networks for high-speed intellectual data processing systems
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 28, 7, 1301006 (год публикации - 2018)
10.1109/TASC.2018.2836903
4.
Бакурский С.В., Кленов Н.В., Соловьев И.И., Пугач Н.Г., Куприянов М.Ю., Голубов А.А.
Protected 0-pi states in sisfs junctions for josephson memory and logic
Applied Physics Letters, 113, 8, 082602 (год публикации - 2018)
10.1063/1.5045490
5.
Буренков И.А., Тихонова О.В., Поляков С.В.
Quantum receiver for large alphabet communication.
Optica, 5, 3, 227–232 (год публикации - 2018)
10.1364/OPTICA.5.000227
6.
Соловьев И.И., Ружицкий В.И., Кленов Н.В., Бакурский С.В., Куприянов М.Ю.
A linear magnetic flux-to-voltage transfer function of a differential DC SQUID
Superconductor Science and Technology, Vol. 32., P. 074005 (год публикации - 2019)
10.1088/1361-6668/ab0d73
7.
Кленов Н.В., a, Кузнецов А.В., Щеголев А.Е., Соловьев И.И., Бакурский С.В., Куприянов М.Ю., Терешонок М.В.
A neuron based on a single flux qubit
Low Temperature Physics, Vol. 45, no. 7., P. 769–774. (год публикации - 2019)
10.1063/1.5111305
8.
Бакурский С.В., Неило А.А., Кленов Н.В., Соловьев И.И., Куприянов М.Ю.
Dynamic properties of asymmetric double josephson junction stack with quasiparticle imbalance
Nanotechnology, Vol. 30, no. 32., P. 324004 (год публикации - 2019)
10.1088/1361-6528/ab1a8e
9.
Денисенко М.В., Кленов Н.В., Сатанин А.М.
Single flux pulses affecting the ensemble of superconducting qubits
AIP Conference Proceedings, Vol. 1936., P. 020009–1–020009–6 (год публикации - 2018)
10.1063/1.5025447
10.
Богацкая А.В.,Щеголев А.Е.,Кленов Н.В., Попов А.М.
Generation of coherent and spatially squeezed states of an electromagnetic beam in a planar inhomogeneous dielectric waveguide
Photonics, 6, 84 (год публикации - 2019)
10.3390/photonics6030084
11.
Кушнир ВН, Сидоренко АС, Тагиров ЛР, Куприянов МЮ
Basic superconducting spin valves
In: Sidorenko A. (eds) Functional Nanostructures and Metamaterials for Superconducting Spintronics. NanoScience and Technology, Springer, Cham, Geverbestrasse 11, 6330 Cham, Switzerland, pages 1–29 (год публикации - 2018)
10.1007/978-3-319-90481-8_1
12.
Соловьев И И, Кленов Н В, Щеголев А Е, Бакурский С В, Куприянов М Ю, Терешонок М В, Голубов А А
Analytical description of low-Tc DC SQUID response and methods for its linearization
In 2017 16TH INTERNATIONAL SUPERCONDUCTIVE ELECTRONICS CONFERENCE (ISEC), IEEE International Superconductive Electronics Conference, IEEE Xplore Digital Library, IEEE 345 E 47TH ST, NEW YORK, NY 10017 USA, pages 8314221–1–8314221–3 (год публикации - 2017)
10.1109/ISEC.2017.8314221
13.
Тагиров Л Р, Куприянов М Ю, Сидоренко А С, Кушнир В Н
Superconducting triplet proximity and Josephson spin valves
In: Sidorenko A. (eds) Functional Nanostructures and Metamaterials for Superconducting Spintronics. NanoScience and Technology, Springer, Cham Geverbestrasse 11, 6330 Cham, Switzerland, pages 31–47 (год публикации - 2018)
10.1007/978-3-319-90481-8_2
14.
Бакурский С В, Кленов Н В, Соловьев И И, Сидоренко А С, Куприянов М Ю, Голубов А А
Compact Josephson φ-junctions
In: Sidorenko A. (eds) Functional Nanostructures and Metamaterials for Superconducting Spintronics. NanoScience and Technology, Springer, Cham Geverbestrasse 11, 6330 Cham, Switzerland, pages 49–71 (год публикации - 2018)
10.1007/978-3-319-90481-8_3
15. Кленов Н В Принципы построения сверхпроводниковых искусственных нейросетей Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения, Т. 17. – № 4. – С. 1031-1034. (год публикации - 2017)
16.
Гайфуллин Р Р, Деминов Р Г, Тагиров Л Р, Куприянов М Ю, Голубов А А
Distribution of pairing functions in superconducting spin valve SF1F2
Physics of the Solid State, том 59, № 11, с. 2114-2119 (год публикации - 2017)
10.1134/S1063783417110105
17.
Гинзбург Л В, Батов И Е, Больгинов В В, Егоров С В, Чичков В И, Щеголев А Е, Кленов Н В, Соловьев И И, Бакурский С В, Куприянов М Ю
Определение ток-фазового соотношения джозефсоновских контактов с помощью несимметричного двухконактного СКВИДа
JETP Letters, v. 107, р:48–54 (год публикации - 2018)
10.1134/S0021364018010058
18.
Соловьев И И, Кленов Н В, Бакурский С В, Куприянов М Ю, Гудков А Л, Сидоренко А С
Beyond Moore’s technologies: operation principles of a superconductor alternative
Beilstein journal of nanotechnology, v.8, pages 2689–2710 (год публикации - 2017)
10.3762/bjnano.8.269
Публикации
1.
Соловьев И.И., Щеголев А.Е., Кленов Н.В., Бакурский С.В., Куприянов М.Ю., Терешонок М.В., Шадрин А.В., Столяров В.С., Голубов А.А.
Adiabatic superconducting artificial neural network: Basic cells
Journal of Applied Physics, 124, 15, 152113 (год публикации - 2018)
10.1063/1.5042147
2.
Столяров В.С., Крен Т., Брун С., Головчанский И.А., Скрябина О.В., Касатонов Д.И., Хапаев М.М., Куприянов М.Ю., Родичев Д.
Expansion of a superconducting vortex core into a diffusive metal
Nature communications, 9, 2277 (год публикации - 2018)
10.1038/s41467-018-04582-1
3.
Кленов Н.В., Щеголев А.Е., Соловьев И.И., Бакурский С.В., Терешонок М.В.
Energy efficient superconducting neural networks for high-speed intellectual data processing systems
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 28, 7, 1301006 (год публикации - 2018)
10.1109/TASC.2018.2836903
4.
Бакурский С.В., Кленов Н.В., Соловьев И.И., Пугач Н.Г., Куприянов М.Ю., Голубов А.А.
Protected 0-pi states in sisfs junctions for josephson memory and logic
Applied Physics Letters, 113, 8, 082602 (год публикации - 2018)
10.1063/1.5045490
5.
Буренков И.А., Тихонова О.В., Поляков С.В.
Quantum receiver for large alphabet communication.
Optica, 5, 3, 227–232 (год публикации - 2018)
10.1364/OPTICA.5.000227
6.
Соловьев И.И., Ружицкий В.И., Кленов Н.В., Бакурский С.В., Куприянов М.Ю.
A linear magnetic flux-to-voltage transfer function of a differential DC SQUID
Superconductor Science and Technology, Vol. 32., P. 074005 (год публикации - 2019)
10.1088/1361-6668/ab0d73
7.
Кленов Н.В., a, Кузнецов А.В., Щеголев А.Е., Соловьев И.И., Бакурский С.В., Куприянов М.Ю., Терешонок М.В.
A neuron based on a single flux qubit
Low Temperature Physics, Vol. 45, no. 7., P. 769–774. (год публикации - 2019)
10.1063/1.5111305
8.
Бакурский С.В., Неило А.А., Кленов Н.В., Соловьев И.И., Куприянов М.Ю.
Dynamic properties of asymmetric double josephson junction stack with quasiparticle imbalance
Nanotechnology, Vol. 30, no. 32., P. 324004 (год публикации - 2019)
10.1088/1361-6528/ab1a8e
9.
Денисенко М.В., Кленов Н.В., Сатанин А.М.
Single flux pulses affecting the ensemble of superconducting qubits
AIP Conference Proceedings, Vol. 1936., P. 020009–1–020009–6 (год публикации - 2018)
10.1063/1.5025447
10.
Богацкая А.В.,Щеголев А.Е.,Кленов Н.В., Попов А.М.
Generation of coherent and spatially squeezed states of an electromagnetic beam in a planar inhomogeneous dielectric waveguide
Photonics, 6, 84 (год публикации - 2019)
10.3390/photonics6030084
11.
Кушнир ВН, Сидоренко АС, Тагиров ЛР, Куприянов МЮ
Basic superconducting spin valves
In: Sidorenko A. (eds) Functional Nanostructures and Metamaterials for Superconducting Spintronics. NanoScience and Technology, Springer, Cham, Geverbestrasse 11, 6330 Cham, Switzerland, pages 1–29 (год публикации - 2018)
10.1007/978-3-319-90481-8_1
12.
Соловьев И И, Кленов Н В, Щеголев А Е, Бакурский С В, Куприянов М Ю, Терешонок М В, Голубов А А
Analytical description of low-Tc DC SQUID response and methods for its linearization
In 2017 16TH INTERNATIONAL SUPERCONDUCTIVE ELECTRONICS CONFERENCE (ISEC), IEEE International Superconductive Electronics Conference, IEEE Xplore Digital Library, IEEE 345 E 47TH ST, NEW YORK, NY 10017 USA, pages 8314221–1–8314221–3 (год публикации - 2017)
10.1109/ISEC.2017.8314221
13.
Тагиров Л Р, Куприянов М Ю, Сидоренко А С, Кушнир В Н
Superconducting triplet proximity and Josephson spin valves
In: Sidorenko A. (eds) Functional Nanostructures and Metamaterials for Superconducting Spintronics. NanoScience and Technology, Springer, Cham Geverbestrasse 11, 6330 Cham, Switzerland, pages 31–47 (год публикации - 2018)
10.1007/978-3-319-90481-8_2
14.
Бакурский С В, Кленов Н В, Соловьев И И, Сидоренко А С, Куприянов М Ю, Голубов А А
Compact Josephson φ-junctions
In: Sidorenko A. (eds) Functional Nanostructures and Metamaterials for Superconducting Spintronics. NanoScience and Technology, Springer, Cham Geverbestrasse 11, 6330 Cham, Switzerland, pages 49–71 (год публикации - 2018)
10.1007/978-3-319-90481-8_3
15. Кленов Н В Принципы построения сверхпроводниковых искусственных нейросетей Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения, Т. 17. – № 4. – С. 1031-1034. (год публикации - 2017)
16.
Гайфуллин Р Р, Деминов Р Г, Тагиров Л Р, Куприянов М Ю, Голубов А А
Distribution of pairing functions in superconducting spin valve SF1F2
Physics of the Solid State, том 59, № 11, с. 2114-2119 (год публикации - 2017)
10.1134/S1063783417110105
17.
Гинзбург Л В, Батов И Е, Больгинов В В, Егоров С В, Чичков В И, Щеголев А Е, Кленов Н В, Соловьев И И, Бакурский С В, Куприянов М Ю
Определение ток-фазового соотношения джозефсоновских контактов с помощью несимметричного двухконактного СКВИДа
JETP Letters, v. 107, р:48–54 (год публикации - 2018)
10.1134/S0021364018010058
18.
Соловьев И И, Кленов Н В, Бакурский С В, Куприянов М Ю, Гудков А Л, Сидоренко А С
Beyond Moore’s technologies: operation principles of a superconductor alternative
Beilstein journal of nanotechnology, v.8, pages 2689–2710 (год публикации - 2017)
10.3762/bjnano.8.269