Programma E1 – Dispositivi quantistici e campione di tensioneResponsabile: Vincenzo LacquanitiPersonale impegnato (TPE) per tipologia di attivitàPersonaleR&SINRIMR&Scontratto Campioni Taraturee proveSupportoal SALGestionee altroTotaleDomenico Andreone 0,70 0,30 1,00Vincenzo Lacquaniti 0,60 0,30 0,05 0,05 1,00Eugenio Monticone 0,70 0,30 1,00Andrea Sosso 0,50 0,20 0,30 1,00Roberto Cerri 0,15 0 0,20 0,35 0,05 0 0,75Roberto Rocci 0,40 0,10 0,50Fulvio Francone 0,25 0,15 0,40Totale 3,30 1,20 0,55 0,50 0,05 0,25 5,85Matteo Fretto (dott.) 0,50 0,50 1,00Natascia De Leo (ass.) 0,40 0,40 0,80Chiara Portesi (ass.) 0,65 0,15 0,80Totale 1,55 1,05 2,60Totale programma 4,85 2,25 0,55 0,50 0,05 0,25 8,45Descrizione del programmaPrincipali attività svolteSviluppo della disseminazione di campioni di rapporto riferiti al campione Josephson, per mezzo di strumentiad elevata linearità. Realizzazioni elettroniche per il miglioramento dei campioni e l’estensione del loroutilizzo. Partecipazione ad attività di ricerca e confronto in coordinamento con organismi metrologiciinternazionali.Per il progetto IMERA JOSY, messa a punto dei processo di fabbricazione di circuiti completi di prototipo a1600 giunzioni con realizzazione delle strutture per accoppiare il segnale a microonda in banda k allegiunzioni Josephson, e misura dei parametri elettrici, in particolare, valori assoluti di corrente e tensionecaratteristica e loro uniformità.Realizzazione congiunta con PTB e primi test di schiere binarie a 8192 giunzioni con area 60 µm 2 perverificarne le prestazioni per un impiego come campioni programmabili e in AC fino al kHz.Studio del meccanismo fondamentale di funzionamento delle giunzioni SNIS (Superconduttore – Normale –Isolante – Superconduttore) per quanto concerne il controllo dell’isteresi della caratteristica corrente tensionee la possibilità di ottimizzare il comportamento a temperature sopra i 4.2 K.Fabbricazione di rivelatori Transition Edge Sensors (TES) per il conteggio di singolo fotone di Ti/Au/Ti e di Tiultrasottile su membrana di nitruro di silicio per migliorare la risoluzione energetica; loro caratterizzazionestrutturale ed elettrica in collaborazione con il programma O3 nell'ambito del progetto IMERA qu-candela.Studio del rumore in sensori e film di MgB2 e realizzazione di modelli interpretativi. Crescita di film di Tiultrasottili per misure ottiche in collaborazione con O4.Studio delle proprietà di film sottili ferromagnetici di NiCu da inserire all’interno di giunzioni SNIS esperimentazione di alcune tecnologie alternative per realizzare i sandwich completi, che prevedono settestrati alternati, alcuni con spessori di pochi nm. Sono anche state effettuate prime caratterizzazioni digiunzioni complete a 4.2 K.E’ stata ottimizzata la deposizione di film di Al per cannone elettronico variandone lo spessore da 15 nm a 35nm e misurandone la temperatura di transizione in un criostato a He3 fino 300 mK.Risultati di particolare rilievoPer l'attività di mantenimento e disseminazione, approvazione di una procedura (PT-ME-01-T-02) ecompletamento di un’altra (PT-ME-02-T-06) per il supporto alla taratura dei rapporti di tensione per mezzo dimultimetri.Realizzazione e test di circuiti completi a 1600 giunzioni con dispersione delle correnti attorno al 5%.Misura di tensioni quantizzate fino a 3.6 V a 4.2 K in schiere binarie di 8192 giunzioni SNIS, polarizzate sulgradino collettivo n=3. Riconoscimenti sulla qualità delle giunzioni SNIS da parte di ricercatori dei principali34/132
laboratori internazionali. Presentazioni su invito a conferenze e workshop dei risultati dello studio delleproprietà delle giunzioni SNIS.Realizzazione di rivelatori TES con risoluzione energetica inferiore a 0.4 eV a 35 mK nel vicino infrarosso.Determinazione dell’effetto dello spessore sulle proprietà ferromagnetiche del film di NiCu.Ottimizzazione del processo di lift-off riducendo l’effetto del riscaldamento durante il processo di deposizionee dell’adesione al substrato utilizzando Ti.Realizzazione di nanofili di Al (utilizzando la Nanofacility del laboratorio QR) con larghezze fino a 50 nm coneccellente uniformità.Impatto dei risultati sul contesto esternoI risultati conseguiti sugli array di giunzioni sono al di sopra di quanto atteso secondo i milestones delprogetto IMERA e dimostrano le grandi potenzialità delle giunzioni SNIS prodotte da INRIM. Essicostituiscono anche un contributo originale all’attività della rete di laboratori tecnologici di superconduttivitàFLUXONICS.L'impiego di multimetri tarati per la disseminazione dei rapporti di tensione consentirà di semplificare erendere più affidabili le tarature, evitando l'uso di divisori resistivi di riferimento ormai difficilmente reperibili eaumentando nel contempo l'accuratezza delle misure.Lo studio degli effetti di campo sull'MgB2 dovrebbe portare ad un incremento della conoscenza su questo tipodi materiale con possibili applicazione a dispositivi superconduttivi. Per quanto riguarda i dispositivi TES laricaduta riguarda un importante contributo alla realizzazione quantica della candela.Confronto tra risultati conseguiti e attesi, punti criticiLe ricerche legate al progetto JOSY hanno raggiunto risultati migliori di quanto preventivato.La cooperazione con un visiting scientist (prima parte) ha portato l’avanzamento di conoscenza atteso.Temporaneamente sospesa l’attività sul progetto di circuiti RSFQ, da riprendere nel 2010. In linea con leaspettative la ricerca sulle giunzioni superconduttore – materiale ferromagnetico.L'attività sui rivelatori a MgB2 ha subito un rallentamento a causa dei lavori di manutenzione del laboratorioQR.Le attività nell'ambito del campione di tensione sono fortemente rallentate dalla scarsa disponibilità dipersonale tecnico, ulteriormente aggravatasi di recente per gli impegni in ambito gestionale dell'unico tecnicoafferente al progetto.Riepilogo analitico dei risultati/prodottiCodice Descrizione Mese atteso Stato (1)1.1 Riproduzione unità e riassegnazione valori al campione Nazionale 11 Ri2.2 Prototipo di circuito con accoppiamento RF in grado di forniretensioni a 100 mV2.3 Circuito Josephson in grado di fornire tensioni stabili a T>4.2K 24 Ra2.5 Layout circuito analogico digitale a quanto di flusso 12 Ri3.1 Realizzazione di TES di Ti/Pd ultrasottili 12 Ra3.2 Realizzazione di TES veloci per quantum communication 12 Ra3.3 Realizzazione di rivelatori veloci in MgB2 12 Ri4.3 Caratterizzazione di proprietà di schermi superconduttivi. 12 Ri(1) Ra= raggiunto; Ri= in ritardo; Ab= abbandonatoInformazioni sui risultati/prodotti in ritardo o abbandonati12 obiettivomodificatoCodice Commento1.1 Cambiamento nella programmazione2.2 Si è passati all’obiettivo “1V” visti i buoni risultati dei dispositivi realizzati2.5 Rinviato all’anno successivo3.3 Ritardo nel completamento del sistema di UHV in parte da attribuire ai nuovi lavori al QR4.3 Progetto PRIN partito in ritardoEventuali altri risultati/prodottiDescrizioneSchiere binarie a 8192 giunzioni con accoppiamento in microstriscia a radiazione in banda k35/132
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