Основным преимуществом использования сверхпроводящих материалов в электронике является проявление в них квантовых эффектов на макроскопических масштабах. Эффект макроскопической квантовой интерференции нашел применение в создании сверхчувствительных устройств детектирования магнитного сигнала и обработки информации. Базовым элементом этих устройств является сверхпроводящий квантовый интерферометр — сверхпроводящий контур с джозефсоновскими контактами.
В представленной докторской диссертации, защищенной в 2018 году в НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ имени М.В.Ломоносова, автором разработаны теоретические положения, касающиеся описания физических основ функционирования сверхпроводящих квантовых интерферометров. Полученные результаты являются крупным вкладом в области физической электроники и физики наноструктур, открывающим новые направления создания элементной базы сверхпроводниковой электроники. В работе представлен также ряд схемотехнических решений компонент новой сверхпроводниковой элементной базы, обладающих уникальными характеристиками.
К наиболее значимым результатам диссертации можно отнести аналитическое описание двухконтактного сверхпроводящего интерферометра постоянного тока в области значений параметров, используемой на практике в устройствах детектирования магнитного сигнала. Описание интерферометрических эффектов в пространственно-неоднородных джозефсоновских гетероструктурах с магнитной прослойкой. Расчет адиабатической эволюции состояний сверхпроводящих интерферометров с магнитными джозефсоновскими контактами. Аналитическое описание релятивистской динамики рассеяния джозефсоновских вихрей на магнитных и токовых неоднородностях во флаксонных джозефсоновских интерферометрах, и предложение метода использования описанного процесса рассеяния для детектирования слабых магнитных полей.
Схемотехнические решения на базе развитой теории сверхпроводящих интерферометров позволяют реализовать детектирующие устройства с уникальной линейностью преобразования магнитного сигнала в напряжение (гармоническое искажение менее тысячной доли процента) без использования цепи обратной связи, компактные джозефсоновские спиновые вентили с малыми временами управления и считывания состояний (менее 1 нс и до 10 пс, соответственно), базовые элементы сверхпроводниковых нейроморфных процессоров с энергоэффективностью лучшей на 4−5 порядков по сравнению с полупроводниковыми аналогами, и высокими тактовыми частотами (до 5 ГГц), контролирующую электронику квантового компьютера с более высоким быстродействием (время операции с кубитами меньше на два порядка) по сравнению с лучшими современными реализациями.
Авторские изобретения были защищены в 11 российских и зарубежных патентах и активно внедряются в конструкциях устройств сверхпроводниковой электроники по всему миру. Материалы диссертации вошли в состав учебного пособия и легли в основу новых научных исследований, проводимых в МГУ совместно с рядом других университетов. К моменту защиты диссертации по теме работы было опубликовано 49 статей в рецензируемых научных журналах (всего к настоящему времени 60). Автор является неоднократным лауреатом премий и конкурсов МГУ, конкурсов для молодых ученых, учрежденных О.В. Дерипаска, стипендиатом фонда «Династия», а в 2020 году стал одним из 10 молодых ученых, которым была присуждена стипендия имени Ж.И. Алферова в области физики и нанотехнологий.