Nonlinear Kinetic Inductance Sensor

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The concept of nonlinear kinetic inductance sensor (NKIS) of electromagnetic radiation is proposed. The idea is based on divergency of kinetic inductance Lkdq/dI">Lkdq/dI (q">q is a momentum of superconducting electrons, I is a supercurrent) of hybrid superconductor/normal metal (SN) bridge at current I*<Idep">I*<Idep (Idep">Idep is a depairing current of the hybrid) and temperature T* much smaller than critical temperature Tc">Tc. It makes possible to have large change of phase difference δϕ">δϕ along SN bridge in current biased regime at II*">II* even for small electron temperature increase. Appearance of δϕ">δϕ is accompanied by the change of the current and magnetic flux through the coupled superconducting ring which could be measured with help of superconducting quantum interference device (SQUID). In some respect proposed sensor may be considered as a superconducting counterpart of transition edge sensor (TES) those work is based on large derivative dR/dT">dR/dT (R">R is a resistance) near Tc">Tc. Because at II*">II* SN bridge is in gapless regime there is no low boundary for frequency of detected electromagnetic radiation. Our calculations show that such a sensor can operate in single photon regime and detect single photons with frequency ν">ν 10 GHz. We argue that the nontrivial dependence I(q)">I(q) of SN bridge could be also used in detectors of continuous electromagnetic radiation, current and magnetic field sensors.

About the authors

D. Yu. Vodolazov

Institute for Physics of Microstructures, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: vodolazov@ipmras.ru
603950, Nizhny Novgorod, Russia

References

  1. J. Zmuidzinas, Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 3, 169 (2012).
  2. K. Irwin and G. Hilton, Transition-Edge Sensors, in: Cryogenic Particle Detection. Topics in Applied Physics, ed. by C. Enss, Springer, Berlin, Heidelberg (2005), v. 99, p. 63.
  3. K.H. Gundlach and M. Schicke, Supercond. Sci. Technol. 13, R171 (2000).
  4. C.M. Natarajan, M.G. Tanner, and R.H. Hadfeld, Supercond. Sci. Technol. 25, 063001 (2012).
  5. F. Levy-Bertrand, T. Klein, T. Grenet, O. Dupre, A. Benoiоt, A. Bideaud, O. Bourrion, M. Calvo, A. Catalano, A. Gomez, J. Goupy, L. Grunhaupt, U. v. Luepke, N. Maleeva, F. Valenti, I.M. Pop, and A. Monfardini, Phys. Rev. B 99, 094506 (2019).
  6. H.G. Leduc, B. Bumble, P.K. Day, B. Ho Eom, J. Gao, S. Golwala, B.A. Mazin, S. McHugh, A. Merrill, D.C. Moore, O. Noroozian, A.D. Turner, and J. Zmuidzinas, Appl. Phys. Lett. 97, 102509 (2010).
  7. P. Szypryt, B.A. Mazin, G. Ulbricht, B. Bumble, S.R. Meeker, C. Bockstiegel, and A.B. Walter, Appl. Phys. Lett. 109, 151102 (2016).
  8. G. Coiffard, M. Daal, N. Zobrist, N. Swimmer, S. Steiger, B. Bumble and B.A. Mazin, Supercond. Sci. Technol. 33, 07LT02 (2020).
  9. F. Giazotto, T.T. Heikkila, G.P. Pepe, P. Helisto, A. Luukanen, and J. P. Pekola, Appl. Phys. Lett. 92, 162507 (2008).
  10. M. Kiviranta, J. S. Penttila, L. Gronberg, J. Hassel, A. Virtanen, and H. Seppa, Supercond. Sci. Technol. 17, S285 (2004).
  11. K. Maki, Progr. Theoret. Phys. (Kyoto) 29, 333 (1963).
  12. M.Yu. Levichev, I.Yu. Pashenkin, N. S. Gusev, and D.Yu. Vodolazov, Phys. Rev. B 108, 094517 (2023).
  13. P. Solinas, F. Giazotto, and G. P. Pepe, Phys. Rev. Appl. 10, 024015 (2018).
  14. F. Paolucci, Phys. Rev. Appl. 20, 014003 (2023).
  15. V. Lubsanov, V. Gurtovoi, A. Semenov, E. Glushkov, V. Antonov, and O. Astafiev, Supercond. Sci. Technol. 35, 105013 (2022).
  16. A. Kher, P.K. Day, B.H. Eom, J. Zmuidzinas and H.G. Leduc, J. Low Temp. Phys. 184, 480 (2016).
  17. J. Luomahaara, V. Vesterinen, L. Groenberg, and J. Hassel, Nat. Commun. 5, 4872 (2014).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».