Анотація до роботи:

Баранник О.А. Електродинамічні властивості квазіоптичного резонатора Хаккі-Колемана та його застосування для мікрохвильових досліджень надпровідників. –Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 – радіофізика. – Харківський національний університет радіоелектроніки, м. Харків, 2004.

Роботу присвячено обгрунтуванню можливості дослідження поверхневого імпедансу Z_S ВТНП на основі квазіоптичних резонаторів Хаккі-Колемана. С цією метою вивчені електродинамічні властивості зазначених резонаторів, досліджено вплив варіації основних параметрів резонатора на спектральні характеристики. При цьому показана можливість вимірювання комплексної проникності діелектриків, в тому числі рідин, за допомогою таких резонаторів. Розв’язано задачу вимірювання добротності резонаторів в умовах зняття виродження хвиль шепочучої галереї. Проведено вимірювання поверхневого опору R_S високоякісних плівок ВТНП, результати яких добре узгоджуються з результатами інших дослідників. Визначено шляхи підвищення чутливості вимірювання R_S плівок ВТНП при низьких температурах по крайній мірі на порядок величини. Показано можливість дослідження температурної залежності поверхневого реактансу X_S на основі квазіоптичних резонаторів Хаккі-Колемана.

У даній дисертаційній роботі розв’язана актуальна задача застосування квазіоптичних резонаторів Хаккі-Колемана для дослідження мікрохвильових характеристик плівок ВТНП у міліметровому діапазоні довжин хвиль. У ході виконання роботи отримано такі основні результати:

1. Дано обґрунтування щодо застосування квазіоптичних резонаторів Хаккі-Колемана для дослідження поверхневого імпедансу плівок ВТНП у міліметровому діапазоні довжин хвиль. Експериментально показана можливість неруйнуючого вимірювання поверхневого опору плівок ВТНП великої площини.

2. Метод на основі квазіоптичних резонаторів Хаккі-Колемана дозволяє проводити вимірювання поверхневого опору плівок ВТНП без процедури калібрування. Значення R_S, що отримані у восьмиміліметровому діапазоні довжин хвиль при Т=78К для високоякісних эпітаксійних плівок YBa₂Cu₃O_7-, добре узгоджуються з результатами інших авторів.

3. Аналіз найімовірнішої похибки вимірювань R_S за допомогою дослідженого в роботі резонатора показав збільшення чутливості вимірювань принаймні на порядок величини при гелієвих температурах порівняно з чутливістю методу, основаного на використанні порожнистого циліндричного резонатора. Цей результат дозволяє ставити нові експерименти по з'ясуванню природи залишкового R_S.

4. Показана можливість застосування квазіоптичного резонатора Хаккі-Колемана для дослідження температурної залежності поверхневого реактансу X_S плівок ВТНП. Порівняння експериментальних даних для високоякісних эпітаксійних плівок YBa₂Cu₃O_7- і розрахованої температурної залежності X_S, отриманої з використанням різних феноменологічних моделей, показало найкраще узгодження для 3D критичної моделі. На підставі даної моделі оцінено значення глибини проникнення електромагнітного поля в надпровідник при Т0, яке склало величину _L(0)=180нм, що добре узгоджується із значеннями, отриманими в інших роботах.

5. Запропонована і експериментально обгрунтована методика вимірювання добротності КДР в умовах розщеплення АЧХ, яке обумовлене зняттям виродження хвиль типу ШГ. Методику основано на уявленні резонатора у вигляді двох зв'язаних контурів, а також на використанні різниці частот зв'язку і параметричної залежності частоти зв'язку від відношення амплітуди сигналу на резонансній частоті до амплітуди на частоті зв'язку.

6. На підставі експериментального дослідження спектральних характеристик квазіоптичного резонатора Хаккі-Колемана при зміні висоти діелектричного диска, діаметра ТПС і діаметра внутрішнього отвору діелектричного диска і порівняння експериментальних даних з розрахованими проведена ідентифікація типів хвиль ШГ в досліджуваних резонаторах. Показана найбільша ефективність збудження аксіально-однорідних НЕ-хвиль типу ШГ в резонаторах з прийнятними значеннями коефіцієнта вмикання ВТНП.

7. На основі квазіоптичних резонаторів Хаккі-Колемана, включаючи радіально-двошарові резонатори, показана можливість вимірювання абсолютних значень комплексної проникності різних діелектриків, у тому числі рідин. Вперше збуджено хвилі ШГ безпосередньо в рідині.

Публікації автора:

1. Mazierska J. and Wilker Ch. Accuracy Issues in Surface Resistance Measurements of High Temperature Superconductors using Dielectric Resonator (Corrected) // IEEE Trans. Appl. Superconduct. -2001. -Vol. 11, №4. -P. 4140-4147.

2. Cherpak N.T. and Kirichenko A.Ya. Behavior of quasi-optical dielectric resonator with high-T_c superconductors in the temperature range 10-300K // Cryogenics. -1991.-Vol. 31, №5.-P. 384-387.

3. Cherpak N.T., Velichko A.V., Izhyk E.V., Kirichenko A.Ya. and Chukanova I.N. High-frequency response to millimeter Wave irradiation of YBaCuO thin film and ceramic // Physica C.-1997.- Vol. 277.-P. 101-112.

4. Гоноровский И.С. Основы радиотехники. – М.: Гос. Изд-во лит. по вопросам связи и радио, 1957.-727 с.

5. Klein N. High-frequency applications of high-temperature superconductor thin films // Rep. Prog. Phys. -2002. Vol.65. –P. 1387-1425.

6. Pan V., Kasatkin A., Komashko V, Tretiatchenko K., Kalenyuk O., Ivanyuta A. and Melkov G. Two-Peak Temperature Dependence of the Microwave Surface Impedance n Single-Crystalline YBCO Films // 8th symposium on High-Temperature Superconductors in High-Frequency Fields, Parador de Aiguablava (Spain).-2004.-P. 42-43.

7. S.M.Anlage, J.Mao, J.C. Booth, Dong Ho Wu, and J.L. Peng, “Fluctuations in the microwave conductivity of YBa₂Cu₃O_7-d single crystals in zero dc magnetic field, Physical Review B. -1996, Vol. 53, №5. -P. 2792-2796.

1. Barannik A.A., Prokopenko Yu.V., Filipov Yu.F, Cherpak N.T. Application of Quasi-Optical Dielectric-Filled Resonators for Measuring Microwave Characteristics of Dielectric and Conducting Materials, // Telecommunications and Radioengineering-2001.-Vol. 55, №12, P. 81-90.

2. Barannik A.A., Prokopenko Yu.V., Filipov Yu.F, Cherpak N.T., Smirnova T.A. Frequency Spectrum Evolution of Quasi-optical Dielectric Resonators with Conducting Endplates // Telecommunications and Radioengineering-2002.-Vol. 57, №12, P. 46-55.

3. Баранник О.А., Прокопенко Ю.В., Філіпов Ю.Ф., Черпак М.Т. Електромагнітні мікрохвилі шепочучої галереї в рідинах // Доповіді Національної академії наук України. -2003.,-№3, -С. 77-79.

4. Баранник А.А., Прокопенко Ю.В., Филиппов Ю.Ф., Черпак Н.Т., Короташ И.В. Добротность сапфирового дискового резонатора с проводящими торцевыми стенками в миллиметровом диапазоне длин волн // Журнал технической физики.-2003.-Т. 73, №5,-С. 99-103.

5. Cherpak N.T., Barannik A.A., Prokopenko Yu.V., Filipov Yu.F, Vitusevich S. Accurate Microwave Technique of Surface Resistance Measurement of Large-area HTS Films using Sapphire Quasioptical Resonator // IEEE Trans. on Appl. Supercond. -2003. -Vol. 13, № 2, -P. 3570-3573.

6. Баранник А.А., Буняев С.А., Черпак Н.Т. Точность и чувствительность измерений поверхностного сопротивления ВТСП пленок с использованием квазиоптических диэлектрических резонаторов // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины.- 2003. -Т. 8, №2,- С. 232-236.

7. Деклараційний патент на винахід №59568 А, Україна, Квазіоптичний діелектрометр / Баранник О.А., Прокопенко Ю.В., Смирнова Т.О., Філіпов Ю.Ф., Черпак М.Т., Опубл. 15.09.2003, Бюл. №9. – 5с.

8. Barannik A.A., Cherpak N.T., Filipov Yu.F., MM Wave Sapphire Quasi-Optical Resonator with Conducting and Superconducting Endplates // Proc. International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Millimeter and Sub-Millimeter waves (MSMW-2001). -Kharkov (Ukraine).-2001. -Vol. 1. -P. 360-362.

9. Cherpak N.T., Barannik A.A., Prokopenko Yu.V., Filippov Yu.F., Vitusevich S. Accurate Microwave Technique of Surface Resistance Measurement of Large-Area HTS Films Using Sapphire Quasioptical Resonator // Applied Superconductivity Conference Abstracts. -Houston (USA). -2002. -P. 171.

10. Cherpak N.T., Barannik A.A., Prokopenko Yu.V., Filippov Yu.F., Vitusevich S. Justification of the proposed R_s-measurement technique for large area high-temperature superconducting films in millimeter waverange // III Міжнародна науково-технічна конференція “Метрологія та вимірювальна техніка”. -Харків (Україна) –2002. -Т.1.-С. 50-52.

11. Vitusevich S., Barannik A.A., Prokopenko Yu.V., Cherpak N.T. Microwave impedance characterization of large-area HTS films: novel approach // Proc. European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS 2003). Sorrento (Italy). -2003.