№ 4 • 2014 • ИЮЛЬ–АВГУСТ
С О Д Е Р Ж А Н И Е
Об з ор
Физика конденсированного состояния вещества
Бакурский С.В., Гудков А.Л., Клёнов Н.В., Кузнецов А.В., Куприянов М.Ю., Соловьёв И.И.
Прогресс в области создания новых базовых элементов для энергоэффективной сверхпроводниковой
электроники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Теоретическая и математическая физика
Борняков В.Г., Кононенко А.Г. Термальные монополи в SU(2) калибровочной теории на
решетке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Радиофизика, электроника, акустика
Гончаренко Б.И., Гордиенко В.А. Некоторые аспекты регистрации импульсных низкочастотных
сигналов в воздухе при использовании комбинированной приемной системы 21
Шахпаронов В.М. Уравнения колебаний с учетом нелинейности до седьмой степени при
расположении притягивающих масс на линии равновесия весов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Арсеньян Т.И., Сухарева Н.А., Сухоруков А.П. , Чугунов А.А. Индекс мерцаний гауссовских
пучков в среде с сильной турбулентностью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Гордиенко В.А. , Некрасов В.Н., Краснописцев Н.В. Особенности воздействия подводных
течений на низкочастотные гидроакустические стационарные вертикально распределенные
приемные системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Оптика и спектроскопия. Лазерная физика
Аракчеев В.Г., Бекин А.Н., Владимирова Ю.В., Минаев Н.В., Морозов В.Б., Рыбалтовский
А.О. Синтез и характеризация серебряных наночастиц в нанопористом стекле . . . 55
3
Стр.1
Физика конденсированного состояния вещества
Энхтор Л., Силонов В.М., Сафронов П.П. Ближний порядок и энергии упорядочения
в поликристаллических сплавах золото–медь, богатых золотом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Жуковский В.Ч., Кревчик В.Д., Семёнов М.Б., Зайцев Р.В., Филатов Д.О., Кревчик П.В.,
Бухараев А.А. Влияние локальных фононных мод широкозонной матрицы на туннельные
ВАХ квазинульмерных структур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Авдюхина В.М., Акимова О.В., Левин И.С., Ревкевич Г.П. Изменение структурно-фазового
состояния фольг сплава Pd–In–Ru после гидрирования и длительной релаксации . . . . . 72
Астрономия, астрофизика и космология
Буднев Н.М., Иванова А.Л., Калмыков Н.Н., Кузьмичёв Л.А., Сулаков В.П., Фомин Ю.А.
Моделирование сцинтилляционного эксперимента Тунка-133 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
- Издательство Московского университета.
«Вестник Московского университета», 2014
c
Стр.2
ВМУ. Серия 3. ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ. 2014. № 4
ОБЗОР
ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА
Прогресс в области создания новых базовых элементов
для энергоэффективной сверхпроводниковой электроники
С.В. Бакурский1 , А.Л. Гудков3 , Н.В. Клёнов1,a , А.В. Кузнецов1 ,
М.Ю. Куприянов2 , И.И. Соловьёв2
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
1физический факультет, кафедра атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники;
2Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына.
Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 2.
3Научно-исследовательский институт физических проблем имени Ф.В. Лукина.
Россия, 124460, Москва, г. Зеленоград, пр-д 4806, д. 6.
E-mail: anvklenov@gmail.com
Статья поступила 24.02.2014, подписана в печать 31.03.2014.
Настоящий обзор посвящен обсуждению перспектив решения проблемы низкой степени интеграции
традиционных базовых элементов современной сверхпроводниковой цифровой электроники.
Выделены три основных направления на пути к компактным многоэлементным джозефсоновским
электронным системам: 1) уменьшение до субмикронных размеров самого джозефсоновского контакта;
2) уменьшение типовых логических ячеек; 3) создание компактной и быстрой джозефсоновской
памяти. Соответственно в работе излагаются физические основы функционирования джозефсоновских
элементов, с тем чтобы показать фундаментальные ограничения, препятствующие созданию
стандартных туннельных субмикронных контактов и компактных логических ячеек/элементов памяти.
В обзоре наглядно продемонстрирована суть прорывных технологических решений, позволяющих
создавать сверхмалые гетероструктуры с требуемыми параметрами, уменьшать и оптимизировать
логические ячейки, а также создавать системы памяти на основе джозефсоновских контактов
с магнитными слоями.
Ключевые слова: сверхпроводимость, быстрая одноквантовая логика, магнетизм, эффект Джозефсона,
джозефсоновский контакт, внутреннее шунтирование, джозефсоновская память.
УДК: 538.945, 537.611.44. PACS: 74.45.+c, 74.50.+r, 85.25.Cp, 85.25.Hv, 74.78.–w, 75.47.–m, 85.75.–d.
Введение
Для современной эпохи «информационного взрыва»
практически во всех областях науки и техники
характерен экспоненциальный рост объема данных,
требующих оперативной обработки. На фоне растущей
стоимости материальных ресурсов стремительное
увеличение потребления энергии системами обработки
и передачи информации превращается в серьезную
проблему для отечественной и мировой экономики [1].
Вычислительные и телекоммуникационные комплексы
на сегодняшний день потребляют около 5% мировой
электроэнергии, причем эта доля возрастет до 10%
в ближайшие 5 лет. Приведем для иллюстрации следующие
цифры: на 2011 г. энергопотребление 500 лучших
суперЭВМ составляло 0.25 ГВт, что в пересчете
на один суперкомпьютер (совершающий порядка 1015
операций в секунду) в среднем дает 0.5 МВт. При
этом расчетное энергопотребление только одного суперкомпьютера
следующего поколения, т. е. системы
экзафлопсного класса (совершающей порядка 1018 операций
в секунду), составит 0.5 ГВт. Для сравнения:
мощность реактора BWR-3 атомной электростанции
Фукусима-1 составляла всего 0.46 ГВт.
На путях использования традиционной элементной
2 ВМУ. Физика. Астрономия. № 4
базы не видно возможностей принципиального решения
этой проблемы. Характерный уровень энергопотребления
в схемах на базе стандартной кремниевой технологии
в расчете на одну логическую операцию составляет
порядка 5 фДж. Экономически обоснованный уровень
энергопотребления для экзафлопсных ЭВМ должен
быть по крайней мере на два-три порядка меньше показателей,
доступных для современных полупроводниковых
технологий, и составлять не более 20 аДж [2, 3].
С учетом стремительного приближения характерных
размеров базовых элементов полупроводниковой электроники
к атомарным масштабам, что по фундаментальным
причинам исключает возможность дальнейшего
использования отработанных подходов к решению
задачи повышения их производительности, становится
оправданным возрождение интереса к альтернативным
принципам создания электроники.
Среди возможных альтернатив можно выделить
цифровую сверхпроводниковую джозефсоновскую технологию,
обладающую целым рядом преимуществ по
таким ключевым параметрам, как быстродействие (характерная
частота базового элемента сверхпроводниковой
электроники — джозефсоновского контакта —
достигает сотен ГГц) и сверхмалое энергопотребление
3
Стр.3