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     

高温超导双晶结混频器噪声系数测量

噪声系数(Noise Figure,NF)是超导混频器的一个重要参数,是衡量超导混频器内部噪声、影响混频器灵敏度的一个重要指标.实验基于小型脉冲管制冷系统,搭建高温超导约瑟夫森双晶结混频器噪声系数自动测量系统,工作温度为60K.Ar离子刻蚀工艺技术制备高温超导YBa2Cu3O7-δ(YBCO)/MgO约瑟夫森双晶结,通过Y-因子噪声测量法,测量YBCO/MgO约瑟夫森双晶结混频器的噪声系数.实验成功制备了特征电压约1mV的YBCO/MgO约瑟夫森双晶结,在650GHz信号辐照下,有明显的夏皮罗(Shapiro)台阶.在210GHz信号辐照下,进行30次谐波混频,约瑟夫森双晶结在不同偏置电压点中频输出信噪比变化范围约为30dB.在77K与300K不同输入噪声功率下,测得双晶结混频器噪声系数最小值为10dB,偏置电压在300μV.     

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.     

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.     

高温超导太赫兹辐射源与检测器

利用超导约瑟夫森器件中的约瑟夫森效应,超导材料可用于制备太赫兹辐射源和高灵敏的检测器。由于高温超导材料的能隙较高,因此用高温超导材料制备的太赫兹辐射源与检测器具有工作频率广、工作温度高等优点。文章将简要介绍南京大学超导电子学研究所在高温超导双晶晶界约瑟夫森结检测器和高温超导本征约瑟夫森结太赫兹辐射源等方面的工作进展。     

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.     

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。     

嵌入Fabry-Perot谐振腔的高温超导双晶约瑟夫森结的毫米波辐照特性研究

采用嵌入Fabry-Perot谐振腔的方式,研究了Tl2Ba2CaCu2O8(Tl-2212)高温超导薄膜双晶约瑟夫森结的毫米波辐照特性.重点研究了双晶约瑟夫森结与Fabry-Perot谐振腔的耦合特性,发现放置在谐振腔中的结的位置、角度、结的图形以及Fabry-Perot谐振腔中两镜面间的距离等对耦合都有很大的影响.通过精细调节这些参数,可使双晶约瑟夫森结与外加毫米波达到最佳耦合.在最佳耦合情况下,能观察到9级明显的夏皮罗台阶.利用Fabry-Perot谐振腔技术,解决了约瑟夫森结与毫米波的耦合问题,为高温超导约瑟夫森结的毫米波及太赫兹波的辐射和检测研究奠定了基础.     

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。     

高温超导微波限幅器的研制

与常规材料相比,高温超导薄膜(即HTSC)的表面电阻极低,在微波频段下,其微波表面电阻要比常规材料小两个数量级以上,并能实现高达106～107A/cm2的电流密度.本项目选用10×15×0.44mm3双抛LaAlO3衬底上外延生长的钇系高温超导薄膜的YBa2Cu3O7(YBCO),利用临界电流密度的特性,设计并制作了高温超导微波限幅器,其工作温度在90K以下,77K时设计指标为:f:9.4～9.6GHz,插入损耗L≤0.4dB,门槛电平:10dBm,驻波比≤1.5.     

高温超导约瑟夫森结太赫兹混频系统

在小型脉冲管制冷机（工作温度约60 K）上搭建了高温超导约瑟夫森结太赫兹谐波混频系统,并采取了一系列措施增强结与太赫兹波的耦合。所采取的措施主要有:研究不同基片对结的影响并最终选择MgO做为双晶结基片,设计平面周期对数天线,同时使用一个超半球硅透镜和两个离轴抛物面反射镜组成准光学系统。最终成功在小型脉冲管制冷机中获得结对623 GHz太赫兹波的响应,并且成功进行24次谐波混频实验。     

高温超导混频器在锁相稳频源中的应用

基于小型脉冲管制冷机,设计并改善了与其配套的锁相混频系统,用约瑟夫森颗粒边界结实现了高温超导3mm波段96次谐波混频,完成了60次谐波下压控振荡器的锁相稳频实验。首次实现了基于小型脉冲管制冷机的实用高温超导混频器3mm锁相稳频源。     

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。     

实用高温超导混频器3mm锁相稳频源

基于小型脉冲管制冷机,设计并改善了与其配套的锁相混频系统,用约瑟夫森颗粒边界结实现了高温超导3mm波段96次谐波混频,完成了60次谐波下压控振荡器的锁相稳频实验.首次实现了基于小型脉冲管制冷机的实用高温超导混频器3mm锁相稳频源.     

高温超导GdBa2Cu3O7-δ薄膜双晶晶界结特性研究

在晶界夹角为24°的YSZ人工双晶基片上,采用原位直流磁控溅射法制备了高温超导双晶GdBa₂Cu₃O_7-δ超导薄膜。采用光刻技术在晶界上刻出了尺寸5×5μm²的双晶晶界结。在77K下观测了结的直流I-V特性和在10GHz微波辐射下结的Shapiro台阶。这表明我们的人工双晶晶界结具有约瑟夫森弱连接行为。对结的特性进行了初步的理论分析和在实验基础上的数值模拟,模拟结果与RSJ理论符合较好,表明我们的双晶晶界结基本符合RSJ模型。     

Tl—Ba—Ca—Cu氧化物超导体的低场磁性

我们测量了 T1-Ba-Ca-Cu-O 高温超导样品在低磁场下的磁化率和电阻与温度的关系;观察到样品具有两个超导主相,T_c 分别为117K 与104K;估算出该样品在77K 下的下临界场H_(c1)大约为480G.样品的迈斯纳效应和磁屏蔽的测量结果表明,该样品的磁屏蔽效应很小.在外加低磁场下测量了样品的临界电流,研究了,I_c-H 关系,发现在30G 以下磁场范围内的实验结果与超导颗粒之间是无规并联的约瑟夫森弱连接的理论结果符合较好.     

相位与约瑟夫森效应及其在超导中的应用

 许多物理效应(如多普勒效应,约瑟夫森效应、ＡＢ效应、干涉效应、量子霍尔效应)都与相位紧密相关,且相位的物理效应已在很多领域中得到了验证和应用。本文就相位与约瑟夫森效应及其在超导现象中的应用进行分析和讨论。一、约瑟夫森效应当两块超导体之间所夹绝缘层的厚度很薄(10-7ｃｍ左右)时,两超导体中的电子对会因隧道效应而耦合,电子对将从一块超导体进入另一超导体,形成超导(隧导)电流,而两超导区的电子对波函数具有确定的相位关系,这种现象称为约瑟夫森效应。1962年约瑟夫森研究了两块超导体被一层薄绝缘层分开的Ｓ-Ｉ-Ｓ结,即超导的隧道结,从理论上预言将会有以下的物理效应。     

高温超导体中约瑟夫森涡旋流阻的振荡效应

通过数值计算耦合sine-Gordon方程组研究高温超导体中约瑟夫森涡旋的运动,得到约瑟夫森涡旋电压和流阻随平面磁场和驱动电流的变化规律.固定驱动电流,约瑟夫森涡旋电压和流阻随着磁场的增大出现周期性的振荡行为,振荡周期与每层约瑟夫森结中进入一个磁通量子相对应.分析和阐明了产生这种周期性振荡的原因. 关键词： 约瑟夫森涡旋 涡旋格子 高温超导     

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：     

二维约瑟夫森结阵列中的相变及噪声频谱研究

采用电阻分路(RSJ)模型，运用数值计算方法研究二维约瑟夫森结阵列的涡旋度,涡旋密度涨落随温度的变化，表明了超导阵列中存在KTB型相变.还研究了相变点附近的涡旋噪声频谱随温度、驱动电流变化的特性.计算结果与最近实验报导定性一致，并能用涡旋的运动图像来解释噪声频谱的变化规律. 关键词： 高温超导 噪声频谱 约瑟夫森结阵列 KTB相变