Applicazioni della superconduttività alla frequenza delle microonde

La tesi propone lo studio sperimentale della risposta elettrodinamica non lineare di materiali superconduttivi nel regime delle microonde.
Lo scopo è una caratterizzazione non lineare di materiali superconduttori, in funzione della temperatura e del campo applicato, effettuata con l’utilizzo di una strumentazione elettronica, collegata tramite una rete GPIB ad un calcolatore che gestisce il processo di misura attraverso programmi sviluppati in ambiente LabView.
Gli effetti non lineari, compresa la generazione di armoniche e dei prodotti di intermodulazione, costituiscono ancora uno dei limiti per l’utilizzo di materiali superconduttori in dispositivi elettronici a microonde. Questi sono il risultato di proprietà di tipo estrinseco, associate ad impurezze, alla presenza nel materiale di deboli legami come la formazione di grani, a penetrazione di flusso o difetti del film, e di fattori intrinseci, relativi al carattere non convenzionale dei materiali ad alta temperatura critica, quindi sostanzialmente legati all’effetto Meissner non lineare. E’ noto che è possibile ricavare informazioni sulla non linearità intrinseca del materiale attraverso l’osservazione della generazione di prodotti spuri, dovuti a meccanismi di intermodulazione nella regione delle microonde in funzione del campo applicato. La misura di prodotti di intermodulazione risulta, quindi, utile per lo studio di meccanismi microscopici che sono alla base del fenomeno della superconduttività. L’analisi delle proprietà intrinseche richiede la definizione di valori quali la frequenza di risonanza, il fattore di merito e le perdite per inserzione, al fine di realizzare una misura induttiva sul campione di interesse attraverso dispositivi dedicati alla caratterizzazione di superconduttori. Per lo studio delle proprietà intrinseche non lineari, infatti, è opportuno controllare sotto quali condizioni si conserva il regime Meissner, cioè per quali valori il campo applicato si mantiene minore della penetrazione del campo magnetico. A questo scopo, si ricava, a partire dai parametri ottenuti, la resistenza superficiale in funzione del campo applicato ad una temperatura che si mantiene al di sopra del valore critico. L’analisi è effettuata con l’utilizzo di una configurazione sperimentale, mostrata in dettaglio, caratterizzata da un risonatore di tipo open-ended contenente un singolo cristallo di zaffiro risonante con un modo trasversale TE011 la cui frequenza di risonanza si è individuata con l’adozione di un codice di simulazione elettromagneticMicrowave Studio-MWSa (Microwave Studio-MWS).