HTS台阶边缘结特性和制作的实验研究

本文用原子力显微镜（ＡＦＭ）对有不同伏安特性的台阶边缘结之台阶形貌进行了仔细测量．结果表明：台阶边缘晶界结特性受非平面衬底离子束刻蚀剖面细节的影响．文中对刻蚀剖面形貌的细节对结性能的影响进行了分析，并讨论了台阶结制作工艺重复性差，成品率低的原因     

YBCO/MgO衬底台阶结的制备及其高频特性

我们利用光刻胶作为掩膜,在ＭｇＯ 单晶衬底上采用斜角Ａｒ 离子刻蚀方法制备了台阶衬底．并在此衬底上制成了ＹＢＣＯ台阶结．测量结果表明,该结基本符合ＲＳＪ模型,并具有良好的高频特性．     

热噪声对约瑟夫森结I-V特性及微波感应台阶的影响研究

采用数值仿真的方法研究了热噪声对约瑟夫森结I-V特性及微波感应台阶的影响。研究表明,热噪声导致约瑟夫森结的I-V特性曲线呈现"圆拱化",也使得微波感应台阶高度减小。得出了取不同约瑟夫森结临界电流和结电阻时,热噪声对台阶的影响规律     

Josephson结的I-V曲线的子台阶

本文在文献[1]基础上进一步分析Josephson结的I-V曲线的子台阶现象。首先把数学方法作了发展,然后用所得的方法分析了产生子台阶的条件,从而完善了对Josephson结的I-V曲线的分析。 关键词：     

MgO衬底上YBa2Cu3O7-δ台阶边沿型约瑟夫森结的制备及特性

MgO衬底上的YBa2Cu3O7-δ(YBCO)台阶边沿型约瑟夫森结(台阶结)在高灵敏度高温超导量子干涉器(superconducting quantum interference device,SQUID)等超导器件研制方面具有重要的应用价值和前景.本文对此类YBCO台阶结的制备和特性进行了研究.首先利用离子束刻蚀技术和两步刻蚀法在MgO(100)衬底上制备陡度合适、边沿整齐的台阶,然后利用脉冲激光沉积法在衬底上生长YBCO超导薄膜,进而利用紫外光刻制备出YBCO台阶结.在结样品的电阻-温度转变曲线中,观测到低于超导转变温度时的电阻拖尾现象,与约瑟夫森结的热激活相位滑移理论一致.伏安特性曲线测量表明结的行为符合电阻分路结模型,在超导转变温度TC附近结的约瑟夫森临界电流密度TC随温度T呈现出(TC-T)^2的变化规律,77 K时JC值为1.4×10^5 A/cm^2.利用制备的台阶结,初步制备了YBCO射频高温超导SQUID,器件测试观察到良好的三角波电压调制曲线,温度77 K、频率1 kHz时的磁通噪声为250μΦ0/Hz^1/2.本文结果为进一步利用MgO衬底YBCO台阶结研制高性能的高温超导SQUID等超导器件奠定了基础.     

利用真空退火的界面工程处理方法制备边缘结

本文采用真空退火的界面工程处理的方法，成功地制备了高温超导边缘结，并在8mm微波辐照下得到了Shapiro台阶。测量结果表明，该结的特性基本符合RSJ模型。     

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阵列的相位锁定

根据交流约瑟夫森效应,研究了嵌入Fabry-Perot谐振腔里的约瑟夫森结阵列在微波辐照下的相位锁定问题。结阵列是由生长在双晶钇稳定氧化锆(YSZ)基片上的YB2Cu3O7(YBCO)超导薄膜光刻成微桥得到的。通过优化设计,在温度为79.2K辐照频率为77.465GHz的条件下,包含620个串联约瑟夫森双晶结的结阵列在外加微波辐照下实现了相位锁定,得到了陡峭的夏皮罗台阶。其第一级夏皮罗台阶的电压约为0.1V,台阶高度约为0.17mA。试验结果表明,这种结阵列结构在电压基准的应用上有极大的优势,而且这种准光学耦合方法在太赫兹信号发生和检测方面有很好的应用前景。     

高Tc台阶结Josephson器件

采用预先在衬底上刻蚀出台阶然后原位外延生长高 T_c 超导薄膜的工艺,制备了高 T_c 台阶结 Josephson 器件.文中研究了直流 Josephson 电流对温度和外加微波功率的关系,实验结果与磁通流器件的行为基本相符.     

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。     

SrTiO3基片上Tl-2212双晶约瑟夫森结的动态特性及噪声影响研究

在SrTiO₃（STO）基片上制作了Tl-2212双晶约瑟夫森结,并对其进行了微波辐照下的I-V特性测试,观察到了夏皮罗台阶,符合约瑟夫森电压-频率关系.利用数值仿真对约瑟夫森结建立了RCSJ模型,仿真结果与实验数据符合较好,利用此模型深入研究了噪声对结动态特性的影响,解释了噪声影响下结的微波感应台阶幅度减小和极小值展宽现象,提出了有效噪声温度为工作温度和外部噪声的等效温度之和. 关键词： RCSJ模型 噪声 Tl-2212双晶约瑟夫森结     

SNS与SINIS结阵制作工艺的比较

国家电压基准是基于约瑟夫森量子化效应的。传统的SIS结阵具有不能快速选择特定的台阶,相位锁定时间短的问题。I-V曲线无回滞的约瑟夫森结阵,其I-V曲线单值,电压台阶宽,解决了SIS结阵的问题。美国标准技术研究院的Hamilton提出并制作高度阻尼的可编程SNS约瑟夫森结阵电压标准;德国物理技术研究院则选择SINIS结来制作可编程约瑟夫森结阵电压基准。从结构、性能和制作方法等方面对SNS和SINIS可编程约瑟夫森结阵进行了比较。     

用扩展长度的半球透镜改善Josephson结与毫米波的耦合

为了改善Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ结和ｍｍ波辐射之间的耦合，我们设计了与温度超导薄膜台阶衬底相同介质的ＬＡＯ扩展半球透镜系统。运用积分方程法求解了不同扩展长度之下，ＬＡＯ透镜系统的远场方向图形，据此确定了最佳扩展长度Ｄｏｐｔ。进而，用ＹＢＣＯ薄膜台阶结作为检测元，在有和没有透镜系统时作了实验对比测量，结果表明增加了该透镜系统后，结与１０３ＧＨｚ的信号耦合提高了１４ｄｂ。     

微波场中Josephson结的微波发射与吸收研究

采用数值仿真方法,研究微波场中约瑟夫森结微波感应台阶处的功率特性。发现微波场中约瑟夫森结不止吸收辐射,也发射辐射的情况。得到微波辐照和结电阻对功率吸收和发射的影响规律。结果表明,处于发射功率的状态对应的偏置电流范围占整个台阶总电流范围的比例可以趋于50%。这一发现对约瑟夫森结理论和应用研究具有重要的意义。     

C-mount封装激光器热特性分析与热沉结构优化研究

为了降低单管半导体激光器的结温、提高器件的散热效果,基于C-mount热沉的热特性分析提出了一种优化的台阶热沉结构,研究了单管激光器结温和腔面侧向温度分布曲线的影响。在热沉温度298 K和连续输出功率10 W的条件下,腔长为1.5 mm的典型C-mount封装结构激光器的结温为343.6 K,热阻为4.6 K/W。通过在典型C-mount热沉中引入台阶结构,使封装激光器的结温降低为333.8 K,热阻减小到3.5 K/W。计算表明,其输出功率可提高近20%。     

基于LSAT衬底YBa2Cu3O7-δ台阶结的射频高温超导量子干涉器的制备和表征

基于 YBa2Cu3 O7 -δ (YBCO) 台阶边沿型约瑟夫森结( 台阶结) 的高温超导量子干涉器(Superconducting Quantum Interference Device, 简称 SQUID) 在微弱磁场测量等领域具有重要应用价值. 制 备 YBCO 台 阶 结 及SQUID 的常用单晶衬底包括 LaAlO3 (LAO) 、SrTiO3 (STO) 及 MgO 等. (La0 .3 ,Sr0 .7 ) (Al0 .65 ,Ta0 .35 )O3 (LSAT) 没有孪晶现象、 与 YBCO 的晶格失配度很小(仅为0.4% ) , 有潜力成为制备 YBCO 台阶结及相应的高温超导 SQUID器件的新的衬底选择. 本文首次探索研究了 LSAT 衬底上 YBCO 台阶结型射频超导量子干涉器(rf SQUID) 的制备和表征. 采用氩离子束刻蚀技术在 LSAT(100) 衬底上制备角度约为46°的台阶, 利用脉冲激光沉积法在衬底上生长 YBCO 超导薄膜, 然后利用传统紫外光刻技术制备出高温超导rf SQUID 器件. 在温度为77 K 时, 器件测试观察到幅度较大的电压-磁通特性曲线, 且在部分器件的特性曲线中观察到接近方波的非传统波形, 表明器件工作于噪声较低的色散模式下. 频率1 kHz 时器件的磁通噪声约为20 μΦ0/Hz1/2 , 与文献中报道的 LAO、STO 衬底上台阶结型SQUID 器件的典型结果相当. 本工作展示了利用 LSAT 衬底制备低噪声台阶结型rf SQUID 器件的可行性, 并为进一步研制该衬底上更高性能的高温超导SQUID 器件奠定了基础     

基于高温超导双晶结的约瑟夫森效应观测实验

基于YBa2Cu3O7-δ高温超导双晶结,组建了约瑟夫森效应测试装置.利用此装置观察了直流和交流约瑟夫森效应,并测量了约瑟夫森结的临界电流和夏皮罗台阶.     

本征Josephson单结的电流-电压特性

采用光刻蚀和Ar离子刻蚀技术成功地在Bi-2212单晶表面制备出台阶型本征Josephson单个结，并在5-65K范围内用四引线法测量了该结零场下的Ⅰ～Ⅴ特征曲线．结果表明，临界电流几乎保持不变，但返回电流随温度增加而增大；与此同时，Mccumber参数βc随着温度增加而减小．临界温度附近，跳跃电压△V明显偏离BCS理论．     

本征Josephson单结的电流-电压特性

采用光刻蚀和Ar离子刻蚀技术成功地在Bi-2212单晶表面制备出台阶型本征Josephson单个结,并在5～65K范围内用四引线法测量了该结零场下的I～V特征曲线.结果表明,临界电流几乎保持不变,但返回电流随温度增加而增大;与此同时,Mccumber参数βc随着温度增加而减小.临界温度附近,跳跃电压ΔV明显偏离BCS理论.     

噪声扰动对环形圆对称Josephson结第一零场台阶的影响

本在环形圆对称Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ结Ｓｉｎｅ－Ｇｏｒｄｏｎ方程的基础上，考虑在实际物理环境必然存在热噪声和各种电磁噪声，加入无规随机噪声的影响，对环形结的孤子运动和第一零场台阶进行数据模拟计算，观察磁通孤子在噪声涨落电流作用下的运动情况，发现了不同于理想结的孤子运动模式转变现象，讨论了涨落电流在这些现象中所起的作用，并分析了噪声涨落对环形结各种物理性质的影响。