Le protocole de mesure est identique au cas pr´ec´edent. Nous avons mesur´e les caract´eristiques Q0 et f0 du r´esonateur arrondi en fonction de la temp´erature et de
la puissance micro-onde.
4.7.1
Influence de la temperature
La figure 4.13 pr´esente la d´ependance en temp´erature de Q0 (Fig 1.13 (a)) et
de f0 (Fig 1.13 (b)) du r´esonateur supraconducteur arrondi, dans le r´egime basse
puissance micro-onde. Ces deux param`etres pr´esentent sur une plage de temp´erature de 30 K `a 80 K une d´ecroissance similaire. Comme dans le cas du r´esonateur `a angle droit, la diminution observ´ee du facteur de qualit´e est due `a une augmentation de la r´esistance de surface. Les variations, avec la temp´erature, de l’inductance et de la capacit´e de la ligne sont responsables du comportement de la fr´equence de r´esonance.
30 40 50 60 70 80 100000 120000 140000 160000 180000 200000 220000 240000 260000 280000 Q 0 T(K) (a) 30 40 50 60 70 80 1,1164 1,1166 1,1168 1,1170 1,1172 1,1174 1,1176 1,1178 1,1180 f 0 ( G H z ) T(K) (b)
Figure 4.13 – D´ependance en temp´erature (a) du facteur de qualit´e `a vide Q0 et (b) de la fr´equence de r´esonance f0 du r´esonateur arrondi en r´egime basse puissance
4.7.2
Influence de la puissance micro-onde
La d´ependance en puissance du facteur de qualit´e `a vide du r´esonateur arrondi est pr´esent´e dans la Figure 4.14 (a) pour des temp´eratures de la tˆete froide de 50 K, 60 K,70 K et 77 K. La Figure 4.14 (b) pr´esente les mˆeme donn´ees, normalis´ees par la valeur de Q0 `a 1 W. Le r´esonateur arrondi maintient la valeur de Q0 au niveau
de sa valeur en r´egime basse puissance sur une plage de puissance plus importante que le r´esonateur `a angle droit.
On observe toujours deux r´egimes d’´evolution, en-dessous d’une valeur seuil de la puissance micro-onde, Q0 ne d´epend pas de la puissance micro-onde et chute
brutalement au-del`a. L’origine du ph´enom`ene observ´e reste due `a l’augmentation de la r´esistance de surface du mat´eriau supraconducteur avec Prf.
1 10 100 1000 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000 200000 220000 240000 260000 Q 0 P rf (W) 50K 60K 70K 77K (a) 1 10 100 1000 -0,70 -0,65 -0,60 -0,55 -0,50 -0,45 -0,40 -0,35 -0,30 -0,25 -0,20 -0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 50K 60K 70K 77K Q 0 - Q 0 ( m i n ) / Q 0 ( m i n ) P rf (W) (b)
Figure 4.14 – D´ependance en puissance r´eactive (Prf = QL × Pinjectee) pour diff´erentes temp´eratures (a) du facteur de qualit´e `a vide et (b) du facteur de qualit´e `a vide normalis´e du r´esonateur arrondi. Q0(min)est la valeur `a basse puissance.
30 40 50 60 70 80 100000 120000 140000 160000 180000 200000 220000 240000 260000 280000 300000 320000 P rf =1W Resonateur 1 ère version Resonateur 2 nde version Q 0 T(K) 30 40 50 60 70 80 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 P rf =1W Résonateur 1 ère version Résonateur 2 nde version Q 0 - Q 0 ( m i n ) / Q 0 ( m i n ) T(K)
Figure 4.15 – Comparaison de la d´ependance en temp´erature (a) du facteur de qualit´e `a vide et (b) du facteur de qualit´e normalis´e des r´esonateurs `a angles droits (1`ere Version) et arrondis (2 `eme Version).
4.7.3
comparaison des deux versions du r´esonateur 1 GHz
Qualitativement le facteur de qualit´e et la fr´equence de r´esonance des r´esonateurs `a angle droit et arrondis pr´esentent la mˆeme d´ecroissance avec la temp´erature. Il reste maintenant `a comparer cette ´evolution d’un point de vue quantitatif. La figure 4.15(a) compare la d´ependance en temp´erature du facteur du Q0 des deux versions
du r´esonateur 1GHz. On observe premi`erement qu’`a basse temp´erature (30 K) le Q0 du r´esonateur `a angle droit pr´esente une valeur inf´erieure de 40 000 par rapport
au Q0 du r´esonateur arrondi. En normalisant les deux courbes par rapport `a la va-
leur de Q0(30K) la d´ependance en temp´erature apparaˆıt strictement ´equivalente. Le
d´ecalage observ´e provient sans aucun doute de la position de la boucle de couplage pendant la mesure. En effet, il n’existe pas de position unique permettant d’obtenir le couplage critique. Plusieurs combinaisons entre la hauteur et la distance de l’an- tenne par rapport au r´esonateur sont possibles. Certaines d’entre elles induisent une situation d´efavorable pour le r´esonateur, qui se trouve influenc´e par la boucle ; ceci
se manifeste par une d´egradation du facteur de qualit´e. Il est cependant possible de mesurer la valeur de Q0, dans le r´egime basse puissance, avec exactitude en utilisant
la technique de mesure en transmission d´ecrite dans le chapitre 2. Dans ce cas les boucles de couplage n’influencent pas la valeur de Q0 car ces mesures se r´ealisent en
r´egime sous-coupl´e. Les mesures en mode transmissions montrent que les valeurs de Q0 des deux versions des r´esonateurs sont en r´ealit´e tr`es proches.
30 40 50 60 70 80 -0,0014 -0,0012 -0,0010 -0,0008 -0,0006 -0,0004 -0,0002 0,0000 P rf =1W Resonateur 1 ère version Resonateur 2 nde version f 0 - f 0 ( m i n ) / f 0 ( m i n ) T(K)
Figure 4.16 – Comparaison de la d´ependance en temp´erature de la fr´equence de r´esonance normalis´ee par la valeur `a 30 K en r´egime basse puissance des r´esonateurs `a angles droits (1 `ere Version) et arrondis (2 `eme Version).
Nous comparons dans la Figure 4.16 la d´ependance en temp´erature de la fr´equence de r´esonance des r´esonateurs `a angles droits et arrondis. Aucune diff´erence dans la d´ependance en temp´erature de f0 n’est observ´ee entre les deux r´esonateurs. Il semble
que dans le r´egime basse puissance micro-onde, la g´eom´etrie des angles n’ait aucune influence sur les caract´eristiques Q0(T ) et f0(T ). Le comportement observ´e n’est dˆu
qu’aux propri´et´es des mat´eriaux utilis´es (YBa2Cu3O7−δ pour la ligne et MgO pour
le substrat)
L’influence de la g´eom´etrie est en revanche tr`es nette sur la d´ependance en puis- sance micro-onde. Les figures 4.17 (a,b,c et d) illustrent les caract´eristiques Q0(Prf)
des r´esonateurs `a angles droits et arrondis `a respectivement 77 K, 70 K, 60 K et 50 K.
La valeur de la puissance seuil Pnl,rf du r´esonateur `a angles arrondis est, pour les
quatre temp´eratures, sup´erieur d’un ordre de grandeur `a celle du r´esonateur `a angles droits. La d´ecroissance du facteur de qualit´e apparaˆıt `a une puissance beaucoup plus importante lorsqu’il s’agit de la version arrondi. L’objectif d’une tenue en puissance du facteur de qualit´e de 50 W est atteint si la temp´erature est de l’ordre de 60 K. Les m´ecanismes de dissipation qui induisent la d´egradation du facteur de qualit´e sont identiques dans les deux cas, ils sont en revanche retard´es dans le cas du r´esonateur arrondi du fait de la diminution de la densit´e de courant dans les coins du r´esonateur. L’excitation par le champ hyperfr´equence des quasi-particules et/ou la p´en´etration de vortex mis en oscillation par le signal micro-onde induisent une dissipation de l’´energie qui doit se manifester par une ´el´evation en temp´erature.
1 10 100 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 T=77K Résonateur 1 ère version Résonateur 2 nde version Q 0 - Q 0 ( m i n ) / Q 0 ( m i n ) P rf (W) 1 10 100 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 T=70K Résonateur 1 ère version Résonateur 2 nde version Q 0 - Q 0 ( m i n ) / Q 0 ( m i n ) P rf (W) 1 10 100 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 T=60K Résonateur 1 ère version Résonateur 2 nde version Q 0 - Q 0 ( m i n ) / Q 0 ( m i n ) P rf (W) 1 10 100 1000 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 T=50K Résonateur 1 ère version Résonateur 2 nde version Q 0 - Q 0 ( m i n ) / Q 0 ( m i n ) P rf (W)
Figure 4.17 – Comparaison de l’´evolution du facteur de qualit´e avec la puissance micro-onde r´eactive des r´esonateurs supraconducteurs `a angle droit (1 `ere Version) et arrondi (2 `eme Version) pour des temp´eratures de (a) 77 K, (b) 70 K, (c) 70 K et (d) 50 K