超导量子干涉器件

超导现象是一种宏观量子现象.磁通量子化和约瑟夫森效应是两个最能体现这种宏观量子特性的物理现象.超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device,SQUID)是利用这两个特性而形成的超导器件.SQUID器件在磁信号灵敏探测方面具有广泛的应用.本文简要介绍低温超导和高温超导SQUID器件的相关背景和发展现状以及应用领域.     

超导量子干涉器(SQUID)原理及应用

严谨的超导量子干涉器原理的阐述是非常深奥和繁杂的,我们在这里采用简明的物理图像和数学语言论述超导量子干涉器的原理及应用,以推动“大学物理现代化”的进程.     

阻尼型高温直流超导量子干涉器磁强计的设计

理论分析了超导环路与一个电阻并联结构的直流超导量子干涉器(dc-SQUID)的特性.给出了这种阻尼型dc-SQUID的电压噪声谱密度、传输函数和磁通噪声谱密度随偏置电流变化的曲线.与无阻尼型高温器件比较，调制参量β大于1的阻尼型高温dc-SQUID磁强计具有高稳定性和易调试等优点.当β大于4时，因传输函数的增大，阻尼型dc-SQUID还能降低它的磁通噪声谱密度从而提高磁强计的检测灵敏度.根据现有高温超导薄膜器件的工艺条件，设计了β等于4的阻尼型高温dc-SQUID磁强计的芯片、其磁通噪声和磁场噪声的理论值 关键词：     

薛定谔之超导量子干涉器件

 大家知道,量子力学的奠基人之一,奥地利物理学家薛定谔（ＥｒｗｉｎＳｃｈｉｒｏｄｉｎｇｅｒ１８８７－１９６１）曾通过他建议的一个假想实验：薛定谔之猫,把适用于微观世界的量子力学概念推广应用到宏观世界．想象有一只猎和一瓶氰化钾一起被关在一个封闭的箱子里．装氰化钾的瓶子位于一个锤子下面,锤子的状态由一个放射性源（如铀）所控制．当第一个铀原子蜕变时,锤子下落打碎玻璃瓶,氰化钾的毒气放出来,猫被毒死,但按照量子力学原理,我们不能准确地说出第一个铀原子在什么时候蜕变,只能用概率来表达;例如,在一分钟里,铀原子发生或不发生蜕变的概率各为５０％．     

射频超导量子干涉器的外磁通调制测量磁通量子

在外磁通作用下射频超导量子干涉器（ＲＦＳＱＵＩＤ）超导结两边量子相位差受到调制，干涉器吸收谐振回路能量的同时也影响谐振回路，回路输出电压与外磁通为三角波曲线关系，再受静磁场作用时曲线移动，据此可磁通量子。     

用于射频超导量子干涉器的新型单CSRR磁通聚焦器和谐振器

文提出了一种新型磁通聚焦器和谐振器. 磁通聚焦器引入了单互补开环谐振器结构 (单CSRR); 谐振器则采用环绕着绕磁通聚焦器的发夹型3阶阶梯阻抗谐振器 (SIR). 采用ANSYS HFSSv.11高频结构仿真软件对提出的磁通聚焦器和谐振器进行了仿真, 并对单CSRR进行了理论分析. 仿真和理论分析表明: 单CSRR的引入, 提高了磁通聚焦器的聚磁效果, 改善了磁通聚焦器与RF SQUID垫圈的耦合(耦合系数k_sc为引入单CSRR前的2倍), 并且有效面积增大到1.227 mm².     

用于高温射频超导量子干涉器的介质谐振器的性质研究

介质谐振器是目前高温射频超导量子干涉器较常采用的一种高品质因数微波谐振器.它是由10 mm×10 mm×1 mm的SrTiO₃(STO)标准衬底及覆盖在其上的YBa₂Cu₃O_7-δ(YBCO)薄膜磁通聚焦器共同构成的.为探明磁通聚焦器构形对介质谐振器谐振频率的影响,本文采用Ansoft公司出品的HFSS高频结构仿真软件对磁通聚焦器构形不同的若干介质谐振器的谐振特性进行了仿真.结果表明:增大磁通聚焦器开     

超导量子干涉器件与微弱磁场的测量

本文对超导量子干涉器件的特性和超导磁强计的工作原理及应用,进行了较为详尽的分析和论述．一、概述自发现超导电性以后,人们就不断地探求它在精密测量等方面的应用的可能性．然而只有在１９６２年约瑟夫森预言存在超导约瑟夫森效应并且其后人们相继研制出直流超导量子干涉器件和射频超导量子干涉器件之后,超导电性在精密测量等方面的应用才展现出光辉的前景并获得了惊人的进展．超导量子干涉器件——ＳＱＵＩＤ（ｓｕｐｅ?...     

低噪声超导量子干涉器件磁强计设计与制备

超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device, SQUID)作为一种极灵敏的磁通传感器,在生物磁探测、低场核磁共振、地球物理等领域得到广泛应用.本文介绍了一种基于SQUID的高灵敏度磁强计,由SQUID和一组磁通变压器组成. SQUID采用一阶梯度构型,增强其抗干扰性.磁通变压器由多匝螺旋的输入线圈和大尺寸单匝探测线圈组成,其中输入线圈与SQUID通过互感进行磁通耦合.利用自主工艺平台,在4英寸硅衬底上完成了基于Nb/Al-AlO_x/Nb约瑟夫森隧道结的SQUID磁强计制备.低温测试结果显示,该磁强计磁场灵敏度为0.36 nT/Φ_0,白噪声段磁通噪声为8μΦ_0/√Hz,等效磁场噪声为2.88 fT/√Hz.     

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Tc SQUID）;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Tc SQUID.文章主要是对高Tc SQUID中所使用的高温超导约瑟夫森结进行评述.     

宽带脉冲DC SQUID核磁共振谱仪的研制

DC SQUID NMR在研究凝聚态体系 ,尤其在研究低温下量子有序态等方面是一项非常有价值的技术。文中描述了在带有宽带电子设备的商业 DC SQUID基础上建立起宽带脉冲谱仪 ,以及马鞍形激发线圈、采集线圈和低温装置的设计 ,并测量了铂样品在 4.2 Kz温度下的 NMR信号。     

基于高温超导SQUID的低场核磁共振研究

采用一高温超导射频量子干涉器(HTS rf-SQUID)作为信号探测器件,研究了多种液体样品的低场核磁共振信号。通过改变测量场(简称Bm)的大小,可以探测到质子拉莫频率(简称fL)从2Hz到40kHz的信号。由于在低场核磁共振中,Bm的均匀性能很好的得到满足,因而可能得到很窄的谱线宽度。实验发现,对自来水样品,在7μT以下均可接近谱线的自然宽度。同时,在低场核磁共振条件下,样品的化学位移很小以至于消失,因而可以研究"纯"的异核间的自旋耦合谱。作者研究了低场下2,2,2-三氟乙醇的低场自旋耦合谱。另外,作者首次采用SQUID在户外探测到地球磁场下的核磁共振现象,并研究了地球磁场的涨落对测量的影响,为SQUID的低场核磁共振研究开辟了一个新的研究方向。     

Low-field NMR measurement procedure when SQUID detection is used

In reported low-field nuclear magnetic resonance (NMR) measurements using Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) detection, the pre-polarizing magnetic field has been usually oriented orthogonal to the measuring field, B_p  B_m. Melton et al. systematically analyzed the consequences of B_p decay in time after turnoff and showed that this decay should be nonadiabatic. We evaluated our measuring procedure in the light of that analysis, and found good quantitative agreement. It was showed that, when the decay time constant is comparable to the precession period of the magnetization of the sample, M, the optimum procedure is to orient B_p parallel to B_m and to apply a π/2 pulse to flip M, similar as in the case of conventional NMR.     

核磁共振技术在生物组织中的应用

在生物组织内部存在大量的生化、生理反应以及分子的扩散运动,它们相互独立, 又相互关联,共同构成一个生化反应网络. 在病理条件下,某些生化反应过程会发生改变,代谢中间体可能会出现质和量的变化. 核磁共振 (NMR)可以对这些过程的研究提供非常有用的信息. 目前,有3种核磁共振波谱技术可以用于生物组织的研究：① 活体组织定域波谱技术;② 生物组织提取物的液体高分辨核磁共振技术;③ 离体组织的高分辨魔角旋转技术. 这些方法各有优劣,互为补充. 介绍了在生物组织的NMR研究方面的最新进展.     

大叶冬青三萜糖甙结构的研究

利用二维核磁技术,特别是反转模式的HMQC和HMBC,对从大叶冬青植物分离得到的三个五环三萜大叶冬青甙Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ新化合物的结构进行确定.含糖较多的糖结构的确定包括¹³C NMR谱的归属,糖基的类型、糖1位的构型、糖与糖、糖与甙元之间的接点和连接顺序等问题作了深入的研究。     

一些药物分子的核磁共振应用研究

应用1D NMR 和脉冲梯度场2D NMR技术（gCOSY，gNOESY，gHSQC，gHMBC）深入研究了氯雷他定(Loratadine)、依托度酸(Etodolac)、福莫特罗(Formoterol)和扎莱普隆(Zaleplon)的结构，对它们的¹H和¹³C NMR 化学位移进行了全归属.     

盐酸雷诺希芬的核磁共振谱研究

盐酸雷诺希芬是一种用于治疗骨质疏松症的药物，文中采用多种核磁共振技术，特别是¹H-¹H COSY、HMQC、HMBC等2D NMR技术，分别指认了其氢谱和碳谱的各个信号，对它的结构进行了分析.     

DIGGER和ISIS相结合的NMR空间定位法

本文通过采用DIGGER射频脉冲对核自旋进行选择予饱和,从而改进了ISIS技术的空间定位质量.     

应用2D NMR技术研究原七叶树皂甙甙元的结构

原七叶树皂甙甙元是七叶树皂甙经温和酸水解得到的皂甙甙元,系多羟基齐墩果烷三萜类化合物.应用2D NMR技术:¹H-¹H COSY、HMQC、HMBC和NOESY全归属原七叶树皂甙甙元碳和氢质子信号,为该类型化合物的结构签定提供光谱学依据.     

MODERN NMR TECHNIQUES FOR THE STUDY OF LARGE PROTEINS IN SOLUTION

A number of important methodological developments in high resolution NMR spectroscopy have led to significant increases in the size limitations that previously impeded solution structural studies of macromolecules. Specifically, isotope labeling and TROSY triple resonance spectroscopy has resulted in substantial sensitivity and resolution gain for applications to large molecular weight proteins.