Models and Simulations of Superconducting Nanowires
Tid: Fr 2025-04-11 kl 13.00
Plats: FB55, Roslagstullsbacken 21, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Fysik, Teoretisk fysik
Respondent: Robert Vedin , Kondenserade materiens teori, KTH Royal Institute of Technology
Opponent: Professor James F Annett, University of Bristol
Handledare: Associate Professor Jack Lidmar, Fysik, KTH Royal Institute of Technology
QC 2025-03-21
Abstract
Supraledande nanotrådar är en viktig komponent i moderna fotondetektorer, som exempelvis den supraledande nanotråd singelfoton detektorn (SNSPD).I de tre första delarna av den här avhandlingen har jag använt simuleringar av Ginzburg-Landau (GL) modellen för att studera hur effekten av current-crowding, inhomogeniteter och termiska fluktuationer kan påverka den kritiska strömmen i sådana supraledande trådar.Den kritiska strömmen är en viktig parameter för SNSPD för att uppnå en känslighet för individuella fotoner, samt en hög detektionseffektivitet.
Effekten av Ic-reduktion på grund av current-crowding visar sig vara mindre utpräglad i GL-modellen, jämfört med tidigare beräkningar med London-modellen.Det är dock fortfarande en relevant faktor för meanderdesigner som använder mycket skarpa svängar för att uppnå en hög fyllnadsfaktor.Vi visar hur ett applicerat magnetfält kan användas för att identifiera närvaron av current-crowding i en design.Vi föreslår också en modifierad meanderdesign som tillåter godtyckligt hög fyllnadsfaktor för meanderlinjerna, utan att drabbas av Ic-minskning på grund av current-crowding.
Studien av inhomogeniteter visar hur närvaron av inhomogeniteter även i en rak tråd kan resultera i en statistisk variation av Ic, vilket leder till en minskning av den effektiva kritiska strömmen.Vi har också visat hur den effektiva kritiska strömmen på detta sätt kan få ett karakteristiskt beroende av trådens längd.
På liknande sätt kan, även för en homogen tråd, termiska fluktuationer excitera vortex som kommer in i tråden. Sådana slumpmässiga vortex kan leda till nedbrytning av det supraledande tillståndet och därigenom också en slumpmässig variation av den kritiska strömmen.Vi visar hur frekvensen av sådana event kan beräknas genom att kombinera kritiska strömfördelningar som är samplade med olika svephastigheter för strömmen, eller olika trådlängder.
Det fjärde arbetet i denna avhandling fokuserar istället på vortexfluktuationer i tunna supraledande filmer med ett regelbundet gitter av porer med nanometer storlek.Tillsatsen av nanoporer till filmen ses, genom experiment, minska den superfluidiska styvheten.Vi använder Monte Carlo-simuleringar av en 2D XY-modell för att undersöka detta beroende för ett antal olika por-konfigurationer.