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．     

基于双晶退火衬底的高温超导纳米量子干涉仪在液氦液氮温区下的输运特性

超导纳米量子干涉器件是近年来发展起来的一种新型超导器件, 通过现代微纳加工技术将其超导环缩小到纳米尺寸, 构成高度灵敏的微观自旋探测器, 理论上可以达到测量单电子自旋的灵敏度. 同时, 高温超导由于具有较高的临界温度和上临界场也备受关注. 然而, 相比于低温超导量子干涉器件, 高温超导量子干涉器件的1/f 噪声更加显著, 这限制了其在低频下的应用. 本文基于双晶衬底技术, 通过聚焦离子束加工制备高温超导纳米量子干涉仪, 并对其在液氦和液氮温区下的电学性能、4.2 K 下的磁通噪声进行表征. 实验发现, 通过预先退火处理钛酸锶双晶衬底, 可以有效改善衬底表面的粗糙度, 进而优化高温超导纳米量子干涉仪的1/f 磁通噪声. 最终得到低频下(1 Hz)的磁通噪声灵敏度为4.9 μΦ0/Hz1/2 , 比未事先预处理的小一到两个数量级, 这对于推进高温超导纳米量子干涉器件在低频下的应用意义重大.     

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     

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.     

高Tc超导量子干涉器及其应用

本文简述了超导量子干涉器的基本用途，高Ｔｃ超导量子干涉器的研究现状，探讨了高Ｔｃ超导量子干涉器在我国可能最早实现实用化的优先领域，对我国高Ｔｃ超导量子干涉器研究和应用工作的计划安排提出了一些设想．     

我国高温超导材料研究进展

本文概述了我国在高温超导材料研究方面的最新进展，较系统地介绍了超导块材和薄膜的制备方法及性能，并简单地介绍了高温超导材料在超导量子干涉器件、超导天线、磁屏蔽和磁通变换器等方面的应用．     

1987年以来我国高温超导研究进展

本文评述了自１９８７年以来我国高临界温度氧化物超导体研究工作的进展，包括超导体材料研究和制备，超导薄膜研究和制备，基础性研究以及超导量子干涉器件等应用方面的进展．     

中国超导电子学研究及应用进展

超导体的发现距今已有近110年了,高温超导体的发现也已经有30多年了.超导材料的电子学应用在最近一二十年取得了突破性进展.高温超导微波器件显示了比传统微波器件更优越的性能,已经在移动通信、雷达和一些特殊通信系统中取得了规模化应用.超导量子干涉器件以其磁场和电流测量的超高灵敏度,成为地质勘探、磁共振成像和生物磁成像等领域不可替代的手段.包括超导隧道结混频器、超导热电子混频器、超导转变沿探测器及超导单光子探测器等在内的超导传感器/探测器可以探测全波段的电磁波及各种宇宙辐射,具有接近量子极限的超高灵敏度,在地球物理、天体物理、量子信息技术、材料科学及生物医学等众多前沿领域发挥越来越重要的作用.超导参量放大器已经成为实现超导量子计算的关键器件.超导集成电路技术已被列入国际器件与系统技术路线图,成为后摩尔时代微电子领域的前沿阵地之一.在计量科学中,超导约瑟夫森效应及约瑟夫森结阵器件被广泛应用于量子电压基准和国际单位制基本单位的重新定义中.在当前的量子信息技术热潮中,超导电子学扮演重要角色,同时量子热潮也大力推动了超导电子学的发展.本文主要对近几年我国超导电子学研究和应用的现状与进展进行概括总结.     

Tl2Ba2CaCu2O8薄膜直流超导量子干涉器的噪声特性

本给出了Ｔｌ２Ｂａ２ＣａＣｕ２Ｏ８薄膜双晶结直流超导量子干涉器噪声测量的实验结果。与至今最好的ＹＢＣＯ薄膜器件噪声测量结果相比，铊器件１／ｆ特性低频噪声的起始频率要低二个数量级。本还详细介绍了器件在闭环工作模式时，其噪声频谱的测量方法。     

单分子器件电输运中基于量子干涉效应的调控策略

单分子器件电输运中的量子干涉效应是电子在分子独立的轨道能级内传输时因保持量子相干性,从而在不同能级之间发生相互干涉的现象.这种现象导致了电子在单分子器件内透射概率的增加或减小,在实验中体现为单分子器件电导值的升高或降低.近些年,利用量子干涉效应对不同的单分子器件进行调控在实验中被证实是有效的调控手段,如对单分子开关、单分子热电器件、单分子自旋器件等器件性能的调控.本文介绍了量子干涉效应的相关理论与预测、实验观测与证实,以及其在不同单分子器件上的调控作用.     

超导量子干涉仪发展和应用现状

作为灵敏度极高的磁传感器，超导量子干涉仪（即SQUID）在生物磁测量，大地测量，无损探伤等方面获得了广泛的应用．本文主要介绍了超导量子干涉仪的基本原理，制作工艺以及发展现状，并总结了目前的应用热点和国内外研究进展，对我国如何开展该方面的研究进行了探索和分析．     

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。     

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。     

基于超导量子器件的量子计算

超导量子器件能够展现宏观量子相干性.基于超导量子器件的量子计算是量子信息领域中的一个重要研究方向,同时,超导量子器件物理特性的研究也是目前凝聚态物理和量子光学领域的交叉前沿课题.文章简述了近年来在超导量子计算方面的一些重要结果和进展,并讨论了其研究现状和发展趋势.     

RFSQUID超导量子效应

高温超导材料钇钡铜氧制成的双孔单结射频超导量子干涉器件处于超导态时，环孔中的磁通是量子化的．超导器件吸取谐振回路能量的同时也影响谐振回路的输出电压．芽过环孔的外磁通变化时，回路输出电压呈现三角波特性曲线，其周期为磁通量子Φ_0。谐振回路电流变化时，曲线的幅度及位相变化，但周期不变．     

高阶高温超导量子干涉器件平面式梯度计的设计

设计了一种高温超导平面式梯度计的探测线圈，利用这种探测线圈与超导量子干涉器件(SQ UID)耦合，可以制成二阶或更高阶的高温超导SQUID平面式磁场梯度计.设计的探测线 圈由两个闭合环路组成，每个闭合环路是由若干个环路通过细小的连接通道连接而成.两个 闭合环路由一条超导窄带分割，将SQUID与这条超导窄带耦合可以测出超导窄带上的电流大 小.通过调整各个环路的形状、面积和位置，可以使超导窄带上的电流与磁场的高阶梯度成 正比，从而测得磁场的高阶梯度. 通过计算，得到了各个环路的面积、电感以及位置的关 系，在理 关键词： 高阶平面式磁场梯度计 高温超导薄膜     

腔QED中超导量子干涉仪概率克隆机的物理实现

提出一个量子概率克隆机的物理实现方案,该方案首先将高Q腔中的两个超导量子干涉仪分别作为初始比特和目标比特,腔模作为测量比特,通过腔模和经典微波脉冲与超导量子干涉仪的多种相互作用实现量子概率克隆机的幺正演化;然后将腔模态映射到另一个超导量子干涉仪上,通过对该超导量子干涉仪磁通量的测量完成状态坍缩,从而以最优的成功概率实现量子态的精确克隆.本方案采用双光子拉曼共振过程加快单比特门的操作速率,并且总操作时间远小于自发辐射和腔模衰变时间,因而在实验上是可行的.     

约瑟夫森效应与超导量子电路的基本物理原理

超导电路器件是为数不多的具有量子化能级、叠加态和纠缠等量子特性的宏观器件。这种具有宏观量子特性的器件为实现超导量子计算与组建超导量子计算机打下了硬件基础,2019年谷歌和2021年我国中国科技大学相继实现"量子霸权(Quantum supremacy)"极大地增加了人们在近期构建超导量子计算机的信心。了解超导量子计算有利于增加对物理学前沿发展方向的把握,对非物理专业的理工科背景读者开阔思路也有一定的好处。不同于经典的超导物理教材力图全面的特点,本文根据超导量子计算物理特征和理解超导量子计算的知识背景要求介绍超导量子电路的核心物理原理,力图化简计算推导难度,突出物理图景,以期对超导量子计算建立一个原理层面上的简洁物理图像。     

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.     

铌基超导量子比特及辅助器件的制备

近年来超导量子计算的研究方兴未艾,随着谷歌宣布首次实现“量子优势”,这一领域的研究受到了人们进一步的广泛关注.超导量子比特是具有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等典型量子特性的宏观器件,通过电磁脉冲信号控制磁通量、电荷或具有非线性电感和无能量耗散的约瑟夫森结上的位相差,可对量子态进行精确调控,从而实现量子计算和量子信息处理.超导量子比特有着诸多方面的优势,很有希望成为普适量子计算的核心组成部分.以铌或其他硬金属(如钽等)为首层大面积材料制备的超导量子比特及辅助器件(简称铌基器件)拥有其独特的优点以及进一步发展的空间,目前已引起越来越多的兴趣.本文将介绍常见的多种超导量子比特的基本构成和工作原理,进而按照器件加工的一般顺序,从基片选择和预处理、薄膜生长、图形转移、刻蚀和约瑟夫森结的制备等方面详细介绍铌基超导量子比特及其辅助器件的多种制备工艺,为超导量子比特的制备提供一个可借鉴的清晰的工艺过程.最后,介绍若干制备铌基超导量子比特与辅助器件的具体例子,并对器件制备的工艺与方法的优化做展望.