从金属原子气样本上观察到约瑟夫森效应

1962年由B·D·约瑟夫森首先在理论上预言了电子能通过两块超导体之间薄绝缘层的量子隧道效应，这个预言在一年之后得到了实验上的证实．为表彰约瑟夫森的理论预言，1973年授予他诺贝尔物理学奖，由此普遍称为约瑟夫森效应．该效应的内容得到充实和完善，应用也快速发展，逐渐形成一门新兴学科——超导电子学．两块超导体夹一层厚度适当的薄绝缘材料的组合称S-I-S超导隧道结或约瑟夫森结．约瑟夫森效应分为两种：     

约瑟夫森器件中的宏观量子现象及超导量子计算

超导体中的电子结成库珀对，凝聚到可以用一个宏观波函数来描绘的能量基态，该波函数的位相是代表了成百万库珀对集体运动的宏观变量．以约瑟夫森结为基础元件的超导约瑟夫森器件，使人们能够控制并测量一个超导体的位相和库珀对数目，因此是研究宏观量子现象的理想系统．文章回顾了约瑟夫森器件中的宏观量子现象研究的发展历程，介绍了当前超导约瑟夫森器件在量子计算中的重要应用，并对它们的未来作了简要的展望．     

约瑟夫森结与阵列的非线性混沌行为及研究进展

约瑟夫森结是一种利用超导材料制备的新型量子电子器件,它的一个显著特性是具有高度的非线性,因而会出现明显的混沌行为。约瑟夫森结与阵列的混沌行为具有重要的研究和应用价值,受到了广泛的关注。文中对约瑟夫森结与阵列的非线性混沌行为及研究进展做一些介绍。     

量子计算的物理实现

与经典计算相比，量子计算对信息的处理和计算有很大的优越性．在量子计算研究中，其物理实现方法的研究是一个重要部分．文章首先介绍了DiVincenzo关于量子计算的物理实现技术的7个判据，然后简要介绍了目前实现量子计算的10种物理实现方法，包括离子阱、中性原子、光学、超导约瑟夫森结、腔量子电动力学、液体核磁共振、Kane的硅基半导体方案、富勒球、量子点和液氦表面电子，基本上涵盖了目前的量子计算物理实现的进展情况．     

非对称的玻色-爱因斯坦凝聚中的约瑟夫森结的动力学性质

利用半经典量子理论，研究了玻色-爱因斯坦凝聚体处于非对称的约瑟夫森结的动力学行为.结果表明双势阱中不同势阱的基态能量差与其相互作用能量的比率χ=0时，凝聚体表现为约瑟夫森效应；当χ≠0时，凝聚体中既存在量子宏观隧穿效应，又存在量子宏观局域效应. 关键词： 玻色爱因斯坦凝聚 约瑟夫森结 动力学性质     

诗词三首

一些科学家预言真空空间中的量子起伏可能是推动宇宙加速膨胀的暗能量的来源，并建议利用约瑟夫森结（Josephson junction）来验证这一预言．     

一种通过约瑟夫森结非线性频率响应确定微波耗散的方法

通过对电流偏置超导约瑟夫森结的微波驱动行为的研究,提出了一个确定约瑟夫森结微波耗散的方法.结的微波耗散由它的品质因子描述.微波耗散严重影响约瑟夫森器件如参量放大器、超导量子比特等的性能.对电流偏置的约瑟夫森结势阱采用四阶近似后,可以得到在较强微波驱动下约瑟夫森结非线性微波响应方程.该方程定量描述了非线性共振频率随外加微波功率变化关系:非线性共振频率与结等离子频率的差别依赖于约瑟夫森结的微波品质因子.对电流偏置的约瑟夫森结的微波运动行为进行了数值模拟.模拟结果确证了微波品质因子与非线性共振频率-等离子频率差别的定量关系可以应用于约瑟夫森结中.用这种非线性频率响应方法来确定约瑟夫森结的微波耗散没有严格的温度要求,可在单个电流偏置的结中完成,实验上具有简单可靠性.     

超导微电子学

本文巧妙地借助于摆的类比对超导微电子学的基础──约瑟夫森效应作了描述和说明．在此基础上讨论了单约瑟夫森结以及超导量子干涉器件的工作原理和应用，论述了超导微电子器件在灵敏度和速度上的巨大优越性及其在制作超高速超导计算机方面的应用前景．     

本征约瑟夫森结跳变电流分布的量子修正

在约瑟夫森结跳变电流统计分布的理论拟合过程中,通常考虑的是宏观量子隧穿与热激活这两种过程. 对Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ表面本征约瑟夫森结的结果分析表明,在宏观量子隧穿与热激活的交界区域内,若考虑量子修正能使实验曲线与理论曲线符合得更好. 这种较为完整的拟合方法,对研究本征约瑟夫森器件中的宏观量子现象及其在超导量子比特中的应用具有积极的意义. 关键词： 约瑟夫森结 跳变电流分布 量子修正     

高温超导量子干涉器中的约瑟夫森结

超导量子干涉器(SQUID)是以约瑟夫森结为核心元件的极其灵敏的磁通-电压转换器.在最近20年间,超导电子学界利用多种铜氧化物高温超导材料,制造出了高温超导约瑟夫森结乃至高温超导量子干涉器(高TcSQUID);特别是,利用YBa2Cu3O7-δ(YBCO)制出了多种高温超导约瑟夫森结,并进而制成了具有一定实用性的高TcSQUID.文章主要是对高TcSQUID中所使用的高温超导约瑟夫森结进行评述.     

约瑟夫森结非线性特性的计算机模拟

通过计算机对约瑟夫森结方程求解，并模拟约瑟夫森结在直流和交流条件下V-I特性曲线．通过约瑟夫森结的相图与庞加莱截面图直观的表现了倍周期分岔以及混沌现象，并与用约瑟夫森结电子模拟器所做的实验进行比较．     

用于精密测量玻尔兹曼常数的量子电压噪声源芯片研制

量子噪声温度计系统可通过比较导体中电子运动的热噪声和量子电压参考噪声精密测量玻尔兹曼常数,其中量子电压噪声源所合成的量子电压参考噪声由一组超导约瑟夫森结阵产生.本文详细介绍了基于Nb/Nb_xSi_(1-x)/Nb约瑟夫森结的量子电压噪声源芯片的设计、制备及测试;采用脉冲驱动模式,合成了具有量子精度的100 kHz交流量子电压信号.结果表明:本文所研制的噪声温度计核心芯片已具备了合成交流电压的功能,可为后续玻尔兹曼常数精密定值、重新定义及复现热力学温度研究提供核心器件.     

Al/Al_2O_3/Al隧道结相位扩散的现象

超导约瑟夫森结是超导量子比特的核心元件,由约瑟夫森结组成的直流超导量子干涉器(DC-SQUID)由于其具有较高的探磁灵敏度,在超导磁通量子比特量子位测量中具有重要的作用.我们用铝为超导材料,采用电子束斜蒸发及静态氧化的方法制备了由两个Al/Al2O3/Al隧道结并联组成的DC-SQUID样品.将DC-SQUID样品置于20~1000mK范围内的不同温度下,对其跳变电流分布进行了测量.在50mK明显观测到了隧道结跳变电流机制由宏观量子隧穿到热激发的转变,并且在高于80mK时,观测到了相位扩散的现象.这对于隧道结相位动力学研究具有重要意义.     

超导量子比特实验的开端

我们对超导量子比特领域的科学背景、历史起源和早期发展做简要评述.莱格特(Anthony J. Leggett)为这个领域打下了理论基础.克拉克(John Clarke)和他的两个学生马丁尼(John Martinis)和德沃雷(Michel H. Devoret)最早通过偏电流约瑟夫森结,首次观察到约瑟夫森结的量子行为.后来德沃雷实现了电荷量子比特叠加态、电荷-磁通混合量子比特的拉比共振和其他演化及投影测量.中村泰信(Yasunobu Nakamura)首先实现电荷量子比特的量子叠加和拉比振荡,还参与莫伊(J. E. Mooij)组实现了磁通量子比特的拉比振荡和读出.     

第二讲 高温超导约瑟夫森结技术及其应用

高温超导约瑟夫森结技术近年来发展很快，特别是台阶结、双晶结、双外延结、边缘结和邻近效应结等性能已达到实用水平，并应用于超导量子干涉器件、数字信号处理和高频有源器件中。文章介绍了这些结的技术和有关的应用。     

高温超导约瑟夫森结技术及其应用

高温超导约瑟夫森结技术近年来发展很快，特别是台阶结、双晶结、双外延结、边缘结和邻近效应结等性能已达到实用水平，并应用于超导量子干涉器件、数字信号处理和高频有源器件中。文章介绍了这些结的技术和有关的应用。     

串联SQUID和不同圈数Washer输入线圈SQUID的制备与表征（英文）

超导量子干涉放大器常被用于读出微弱的磁通以及电流信号,可以将微弱信号转化成为大的电压信号.但是对于单个超导量子干涉放大器而言,其输出电压太小不能直接与室温放大器相连,我们考虑将相同参数的超导量子干涉放大器串联到一起,使其输出电压足够大并达到可直接与室温放大器连接的要求.我们已经制备并测试了约瑟夫森结,过阻尼约瑟夫森结,不同输入线圈的单个超导量子干涉放大器以及既有调制线圈又有反馈线圈的串联超导量子干涉放大器,获得了较好的伏安特性曲线,调制曲线以及将调制曲线进行傅里叶变换后的幅频特性曲线.通过分析约瑟夫森结的伏安特性曲线可知我们的制备工艺流程比较稳定.制备与测试超导量子干涉放大器对于以后将其应用于读出微弱信号领域具有重要的意义.     

噪声对超导量子比特测量系统的影响

详细介绍了噪声对超导量子比特测量系统的影响。测量系统通过对时间的测量来获得单个约瑟夫森结跳变电流统计分布P(I)。在测量电路中采取了一系列的降噪措施,使得实验所能测到的约瑟夫森结的最低等效温度进一步的降低。     

超导约瑟夫森结物理参数的实验推算

超导约瑟夫森结是实现超导量子计算和微波单光子探测的核心器件,其物理参数很难直接测定.与之前常用的测量结微波激励效应估计方法不同,本文通过实验测量低频电流驱动下的约瑟夫森结Ⅰ-Ⅴ曲线及其跳变电流统计分布,并与基于标准电阻电容分路结模型数值模拟进行比对,推算出了约瑟夫森结的临界电流I_c、电容C、电阻R及阻尼参数β_c等物理参数.结果表明,所推算的参数值与基于微观理论推导所得到的Ambgaokar-Baratoff公式基本符合,可供约瑟夫森结的器件参数按需设计和制备工艺的参数设置等参考.     

高温超导双晶约瑟夫森结阵列毫米波相干辐射

研究了嵌入Fabry-Perot谐振腔的高温超导双晶约瑟夫森结阵列毫米波相干辐射的实验结果.相干辐射是通过约瑟夫森结阵列与基片(作为一个介质谐振器)和Fabry-Perot(FP)谐振器的共同作用实现的.由166个高温超导双晶约瑟夫森结串联阵列在77 K温度下产生的相干辐射,辐射峰的中心频率为75.84 GHz,功率大约为10 pW. 关键词： 高温超导薄膜 Fabry-Perot谐振腔 约瑟夫森结 毫米波辐射