The definition of the paramethers of superconducting film for production of protection equipment against electromagnetic environmental effects

Abstract

У роботі представлені результати оцінки поширення плоскої електромагнітної хвилі (ЕМВ) по поверхні плівки з високотемпературного надпровідника (ВТСП) як у надпровідному S, так і в нормальному станах N, а також аналіз параметрів тонкої плівки HTS необхідно реалізацію пристрою захисту від електромагнітного випромінювання. Оцінка поширення ЕМВ на поверхні тонкої плівки ВТСП проводилася на основі дворідинної моделі. В результаті дослідження, отримані співвідношення для визначення величини поверхневого імпедансу та глибини проникнення ЕМВ у надпровідну плівку в S- та N-станах. Показано, що вираз визначення глибини проникнення ЭМВ надпровідну плівку в нормальному N-стані застосовна за умови, що частота сигнального поля не перевищує критичного значення, яке визначається енергією зв'язку носіїв заряду при температурі, що не перевищує температури переходу в надпровідний стан. На основі співвідношень для визначення поверхневого імпедансу тонкої плівки ВТСП отримані співвідношення для активного поверхневого опору, що є справжньою частиною поверхневого імпедансу, і поверхневий реактивний опір, що є його уявною частиною, у надпровідному та нормальному станах. Використовуючи ці відносини, запроваджується параметр якості тонкої плівки ВТСП. Залежність добротності плівки ВТСП від неї товщина знайдено. Показано, що найбільше значення добротності реалізується при товщині плівки менше або глибини проплавлення. Зазначається, що ця залежність справедлива лише в тому випадку, якщо товщина плівки не залежить на його якість.The paper presents the results of evaluating the propagation of a plane electromagnetic wave (EMW) over the surface of a film made of a high-temperature superconductor (HTS) in both superconducting S and normal N states, as well as an analysis of the parameters of a thin HTS film necessary for implementing a device for protection against electromagnetic radiation. Evaluation of the propagation of EMW over the surface of a thin HTS film was performed on the basis of a two-fluid model. As a result of the research, relations were obtained for determining the value of the surface impedance and the depth of penetration of EMW into a superconducting film in S and N states. It is shown that the expression for determining the penetration depth of EMW into a superconducting film in the normal N state is applicable provided that the frequency of the signal field does not exceed the critical value, which is determined by the binding energy of charge carriers at a temperature not exceeding the transition temperature to the superconducting state. Based on the relations for determining the surface impedance of a thin HTS film, relations are obtained for the active surface resistance, which is the real part of the surface impedance, and the surface reactance, which is its imaginary part, in the superconducting and normal states. Using these ratios, the quality parameter of the HTS thin film is introduced. The dependence of the quality factor of the HTS film on its thickness is found. It is shown that the highest value of the quality factor is realized when the film thickness is less than or of the order of the penetration depth. It is noted that this dependence is valid only if the film thickness does not depend on its quality.В работе представлены результаты оценки распространения плоской электромагнитной волны (ЭМВ) по поверхности пленки из высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП) как в сверхпроводящем S, так и в нормальном N состояниях, а также анализ параметров тонкой пленки HTS не обходимо на реализацию устройства защиты от электромагнитного излучения. Оценка распространения ЭМВ по поверхности тонкой пленки ВТСП проводилась на основе двухжидкостной модели. В результате исследования, получены соотношения для определения величины поверхностного импеданса и глубины проникновения ЭМВ в сверхпроводящую пленку в S- и N-состояниях. Показано, что выражение для определения глубины проникновения ЭМВ в сверхпроводящую пленку в нормальном N-состоянии применима при условии, что частота сигнального поля не превышает критического значения, которое определяется энергией связи носителей заряда при температуре, не превышающей температуры перехода в сверхпроводящее состояние. На основе соотношений для определения поверхностного импеданса тонкой пленки ВТСП получены соотношения для активного поверхностного сопротивления, представляющего собой действительную часть поверхностного импеданса, и поверхностное реактивное сопротивление, являющееся его мнимой частью, в сверхпроводящем и нормальном состояниях. Используя эти отношения, вводится параметр качества тонкой пленки ВТСП. Зависимость добротности пленки ВТСП от ее толщина найдена. Показано, что наибольшее значение добротности реализуется при толщине пленки меньше или порядка глубины проплавления. Отмечается, что эта зависимость справедлива только в том случае, если толщина пленки не зависит на его качество.