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。     

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     

热噪声对串联约瑟夫森结阵列相位锁定的影响研究

相位锁定对于约瑟夫森结阵列的应用具有重要意义,采用数值仿真的方法研究了热噪声对约瑟夫森结阵列相位锁定的影响。采用电阻电容并联约瑟夫森结模型,利用公共并联电阻实现阵列的相位锁定,取不同的热噪声水平研究系统存在相位锁定的参数范围。结果包括不同热噪声情况下,约瑟夫森结临界电流的不一致性、McCumber参数对实现相位锁定的参数范围的影响,得到了热噪声对相位锁定的影响规律。     

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。     

利用夏皮罗台阶估算微波功率的方法及影响因素探究

将微波辐照到约瑟夫森结上,在结的电流电压(I-U)关系曲线中产生夏皮罗台阶。从0开始逐步增加微波功率到某一值,每一个微波功率和第0、1、2阶夏皮罗台阶高度组成的高度矩阵具有一一对应的关系。根据这个对应关系提出了一种估算微波功率的方法。在此研究基础上,分别利用电阻分流(RSJ)模型和电阻电容分流(RCSJ)模型研究约瑟夫森结中常态电阻和电容参量对夏皮罗台阶高度的影响,进而分析了结常态电阻和电容对微波功率估算精度的影响。     

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.     

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。     

并联电阻对串联约瑟夫森结阵列相位锁定的影响研究

利用约瑟夫森结阵列制作毫米/亚毫米微波源的一个重要问题是阵列中约瑟夫森结的相位锁定.本文采用仿真的方法研究了约瑟夫森结RCSJ模型存在并联电阻时的相位锁定问题.研究结果包括约瑟夫森结临界电流的不一致性、McCumber参数和结的个数对能够实现相位锁定的参数范围的影响.结果对于约瑟夫森结阵列作为太赫兹产生和检测应用具有重要意义.     

约瑟夫森结在射频辐照下的亚谐波台阶仿真研究

利用PSp ice软件,采用电路仿真的方法深入研究了约瑟夫森结在射频辐照下的I-V特性,观察到了亚谐波台阶的存在,得出了台阶高度与射频电流幅度的关系,结果对于约瑟夫森结在电压标准和射频检测等方面的应用有重要的参考价值。     

Josephson隧道结与辐照微波电场耦合和磁场耦合的比较

分别研究了Josephson隧道结与辐照微波电场的耦合和磁场的耦合,实验结果和基于强迫振动模型的理论分析都表明,对于半波长隧道结,磁场耦合只出现偶数标号微波感应直流电压台阶,电场耦合则奇数标号台阶也同时出现;对整波长结,两种耦合都只出现偶数标号微波感应台阶.对耦合效率作了研究.理论和实验都表明,对铌-氧化铌-铅隧道结,电场耦合的效率高于磁场耦合.     

Grain boundary Josephson effect in constricted Bi-Sr-Ca-Cu-O

The current-voltage characteristics for Bi-Sr-Ca-Cu-O bulk specimen incorporating manually carved constriction show both zero voltage pair current and quasiparticle tunnelling current. The pair current amplitude modulates with applied d.c. magnetic fields. Microwave-induced Shapiro steps are clearly seen in the I-V curves. The Josephson effects arise due to the presence of arrays of grain boundary Josephson junctions.     

Coherent multiple charge transfer in a superconducting NbN tunnel junction

We measured shot noise and submillimeter-wave response in a superconducting NbN tunnel junction that had a subharmonic gap structure on the current-voltage (I-V) curve. We found that the observed effective charge, defined from the noise-current ratio, tends to a steplike function of voltage. In the presence of submillimeter-wave radiation of frequency v, novel step structures spaced by hv/2e below and above the half-gap voltage clearly appeared on the I-V curve, overlapping the ordinary photon-assisted tunneling steps spaced by hv/e. Observation of these features provides clear evidence that coherent multiple Andreev reflection processes occur in the NbN tunnel junction with low barrier transparency.     

静电放电对功率肖特基二极管I-V及低频噪声特性的影响

本文基于人体放电模型分别对肖特基势垒二极管的阴极和阳极进行同一电压脉冲下的多次放电, 利用热电子发射理论、1/f噪声的迁移率涨落模型和白噪声理论, 分别深入研究静电放电损伤对器件I-V和低频噪声的影响. 结果表明, 静电放电作用于肖特基二极管阴极时损伤更严重, 噪声参量变化率更大. 随着放电次数的增加, 正向特性无变化, 反向电流总体增大, 偶有减小; 而正向和反向 1/f噪声均增大. 鉴于噪声与应力条件下器件内部产生的缺陷与损伤有关, 且更敏感, 故可将低频噪声特性用作肖特基二极管的静电放电损伤灵敏表征工具.     

Collective responses of Bi-2212 stacked junction to 100 GHz microwave radiation under magnetic field oriented along the <Emphasis Type="Italic">c</Emphasis>-axis

We studied a response of Bi-2212 mesa type structures to 100 GHz microwave radiation. We found that applying magnetic field of about 0.1 T across the layers enables to observe collective Shapiro step response corresponding to a synchronization of all 50 intrinsic Josephson junctions (IJJ) of the mesa. At high microwave power we observed up to 10th harmonics of the fundamental Shapiro step. Besides, we found microwave induced flux-flow step position of which is proportional to the square root of microwave power and that can exceed at high enough powers 1 THz operating frequency of IJJ oscillations. The article is published in the original.     

An Accurate Method for Determining the IF Noise in SIS Heterodyne Receivers

We present a new method to determine the contribution of the IF-amplifier chain to the overall noise performance of an SE-based receiver. Using simulated I-V and IF power characteristics, we show that the standard method used to date to evaluate the IF noise can underestimate the contribution because of non-negligible curvature in the post-gap SIS I-V characteristic. We demonstrate that the new method is not susceptible to the post-gap curvature, and discuss its benefits and limitations to the accurate and precise evaluation of IF noise contributions.     

Measuring non-Gaussian fluctuations through incoherent cooper-pair current

We study a Josephson junction (JJ) in the regime of incoherent Cooper-pair tunneling, capacitively coupled to a nonequilibrium noise source. The current-voltage (I-V) characteristics of the JJ are sensitive to the excess voltage fluctuations in the source, and can thus be used for wideband noise detection. Under weak driving, the odd part of the I-V can be related to the second cumulant of noise, whereas the even part is due to the third cumulant. After calibration, one can measure the Fano factors for the noise source, and get information about the frequency dependence of the noise.     

Langmuir单探针诊断射频辉光放电等离子体及其数据处理

Langmuir探针是诊断等离子体参数的重要手段.报道了在氩气射顿(13.56MHz)辉光放电等离子体中使用调谐单探针进行诊断,对探针I-V特性曲线的统计噪声进行了数字滤波的光滑化处理,而后求二次微商.在相同的放电条件下,使用自行设计的微分电路,对探针特性二次微商进行在线测量.这两种方法得到的二次微商结果能够较好地符合. 关键词： Langmuir探针 二次微商 数值滤波 微分电路     

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.     

Millimeter wave response of Nb-Pb-Nb planar Josephson junction

The response characteristics of Nb-Pb-Nb planar Josephson junction under millimeter wave radiation is discussed. We could observe the third Shapiro step.