Сверхпроводниковые приёмники для космических, аэростатных и наземных субтерагерцовых радиотелескопов

В статье дан обзор как собственных оригинальных результатов разработки сверхпроводниковых приёмников для субтерагерцовой астрономии, так и основных лидирующих концепций мирового приборостроения в этой сфере. Проведённый анализ актуальных астрономических задач, исследований микроволнового астроклимата и задел в создании аппаратуры для субтерагерцовых радиоастрономических наблюдений обосновывают необходимость и возможность реализации в России крупного инфраструктурного проекта создания субтерагерцового инструмента, а также активизации реализации осуществляющихся в настоящее время проектов «Миллиметрон» и «Суффа». Представлены следующие результаты: 1) разработаны и апробированы сверхпроводниковые когерентные приёмники и широкополосные детекторы субтерагерцового диапазона частот для космических, аэростатных и наземных радиотелескопов; 2) созданы, изготовлены и исследованы сверхчувствительные приёмные системы на основе туннельных структур сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник и сверхпроводник-изолятор-нормальный металл-изолятор-сверхпроводник (СИНИС); 3) реализован приёмник на основе СИНИС-детекторов с микроволновой системой считывания для таких структур; 4) разработаны методы изготовления высококачественных туннельных структур Nb/AlОх/Nb и Nb/AlN/NbN на основе плёнок ниобия с плотностью тока до 30 кА/см2. В диапазоне от 200 до 950 ГГц созданы и испытаны приёмники с шумовой температурой, которая лишь в 2-5 раз превышает квантовый предел.

На английском языке
Superconductor receivers for space, balloon and ground-based subterahertz radio telescopes
Balega Yu.Yu.
Baryshev A.M.
Bubnov G.M.
Vdovin V.F.
Vdovichev S.N.
Gunbina A.A.
Dmitriev P.N.
Dubrovich V.K.
Zinchenko I.I.
Koshelets V.P.
Lemzyakov S.A.
Nagirnaya D.V.
Rudakov K.I.
Smirnov A.V.
Tarasov M.A.
Filippenko L.V.
Haikin V.B.
Khudchenko A.V.
Chekushkin A.M.
Edelman V.S.
Yusupov R.A.
Yakopov G.V.

An overview of our own original scientific results of the development of superconductor receivers for subterahertz astronomy and the main leading concepts of the global instrumentation are given. The analysis of current astronomical problems, the results of microwave astroclimate research, and the development of equipment for subterahertz radio astronomy studies justify the need and feasibility of a major infrastructure project in Russia to create a subterahertz telescope, as well as to enhance the implementation of the ongoing Millimetron and Suffa projects. The following results are discussed: i) superconductor coherent receivers and broadband subterahertz detectors for space, balloon, and ground-based radio telescopes have been developed and tested; ii) ultrasensitive receiving systems based on tunnel structures such as superconductor-insulator-superconductor (SIS) and superconductor-insulator-normal metal-insulator-superconductor (SINIS) have been created, fabricated, and examined; iii) a receiving array based on SINIS detectors and microwave readout system for such structures has been implemented; iv) methods for manufacturing high-quality tunnel structures Nb/AlOx/Nb and Nb/AlN/NbN based on niobium films with a current density of up to 30 kA/cm2 have been developed. Receivers operated at 200 to 950 GHz and having a noise temperature only a factor of 2 to 5 higher than the quantum limit have been created and tested.