超导电子的角动量和磁通量子化

本文指出,磁通量子化应和超导电子的角动量量子化一致。分数角动量的存在必然导致分数磁通量子化,而分数磁通量子化和超导理论以及迄今为止的实验结果不相矛盾。我们提出和分析的一个新实验可以检测任意子和分数磁通量子。 关键词：     

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.     

电流激励下两带单结超导环的电磁性质研究

在两带Ginzburg-Landau理论基础上,我们研究了在电流激励情形下两带单结超导环的电磁性质.两带超导环中可引入的两个超导序参量的相位差满足sine-Gordon方程,由该方程的孤立子解我们得到了单个超导结(微桥结构)两端相位差与总磁通之间的线性关系.通过微桥中电流与超导结两端相位差满足的非线性Josephson方程,建立了在电流激励下环内磁通与外加电流之间的依赖关系.我们的分析表明两带超导环中可能产生的孤立子解及分数磁通量子化现象可以通过测量单结超导环中的电磁性质加以验证.     

空心圆柱形永磁体内径对单畴GdBCO超导块材磁悬浮力的影响

通过对空心圆柱形永磁体与单畴GdBCO超导体磁悬浮力的实验测量,研究了空心圆柱形永磁体内径(d)的变化对超导体磁悬浮力的影响.结果发现,当空心圆柱形永磁体内径从0 mm增加到26 mm时,超导磁悬浮力大小与空心圆柱形永磁体内径有着密切关系(最小测量间距Z=2 mm),所有超导磁悬浮力曲线都存在磁滞现象.随着空心圆柱形永磁体内径的增大,最小间距处超导磁悬浮力逐渐减小,从d=0 mm时的14.8 N减小为d=26 mm时的-0.1 N,d≥20 mm时,最小间距处超导磁悬浮力出现负值;当0 mm≤d5 mm时,超导体最大磁悬浮力出现在最小间距处,d≥5 mm时,超导磁悬浮力先增大后减小,最大超导磁悬浮力产生的位置随着内径的增大而变大.研究表明:只有科学合理地设计永磁体结构参数,才能获得较大的磁场强度,提高超导磁悬浮力特性.该结果对设计并优化磁悬浮轴承系统、环形轨道和超导体的实际应用具有一定的指导意义.     

层间耦合与高温超导体链的能隙结构

根据高温超导体层状结构特点和层间耦合效应,在一个唯象的S-N双层高温超导模型(S表示超导层,N表示非超导层)下,求得了非超导层的格林函数,证实了YBCO中CuO链上大能隙的存在,与实验结果相一致。     

关于磁单极子通过超导线圈的再讨论

看过贵刊的《关于磁单极子通过超导线圈的讨论》[1](以下简称原文)一文,笔者认为原文至少有2处地方值得商榷.一是超导线圈中的电流I正比于Φ,与普通导体中电流正比于(dΦ/dt)不同.因为超导线圈的特性之一是线圈中的磁通量是不能变的.当有外来的磁通量Φ穿过超导线圈时,线圈中产生电流,电流产生的磁     

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采用蒙特卡罗模型对氮空心阴极放电等离子体鞘层离子(N2 、N )的输运过程进行了模拟研究,计算了阴极鞘层中氮离子(N2 、N )的能量及角分布的空间变化和粒子密度及平均能量随放电参数的变化规律。研究结果表明:空心阴极放电产生的氮离子,在鞘层输运过程中,N2 是密度几乎不变的低能粒子;N 是密度逐渐减少的高能粒子。随着电压增加,N 密度减小,平均能量增加;N2 密度和平均能量变化不明显。能量及入射角的相对分布规律与平板电极氮直流辉光放电基本类似,但圆筒空心阴极放电更有利于氮离子的产生。     

磁通量子比特qubit信号强度随势垒偏置电压的变化

在20mK极低温下,测量了超导磁通量子比特的环流方向,并测到量子比特(qubit)信号.通过改变磁通量子比特的势垒高度,得到qubit信号强度随势垒高度的变化的实验数据并建立理论模型解释了实验现象.     

超导材料中1-ω部分、ω部分对超导电性影响的特征

在本文中,根据超导材料组成的结构特征,以电声子机制为基础,研究了在超导材料中超导部分(导电层部分)1-ω与非超导部分(载流子库部分)ω对超导材料的超导转变温度Tc的影响具有本质上的不同,提出了在超导材料中,ω部分通过转移电荷增加1-ω部分的N(O)部分、强化θ促使Tc增加.     

非中心对称超导体Mg10±δIr19B16±δ的超导电性研究

Mg10±δIr19B16±δ是具有非中心对称性的超导材料.通过对两种组分的样品Mg9.3Ir19B16.7和Mg11Ir11B15的比热测量,得到了这类超导体的超导态和正常态的特征参数:包括转变温度Tc,正常态态密度N(EF),德拜温度ΘD,上临界场Hc2等.并由此求出Ginzburg-London相干长度ξGL,穿透深度λGL,下临界场HC1和热力学临界场HC,这些参数因化学组分不同而变化.高的N(EF)和ΘD对应高的TC,因此也具有较高的Hc2,另外比热跃变△C/γnTc=1.66和电声子耦合常数λ=0.58不随化学组分变化,表明此超导体是中等强度耦合的第二类超导体.     

含超导的多层屏蔽体磁屏蔽特性的仿真研究

基于电磁辐射的严重危害性,探索有效的电磁屏蔽方案,已经成为当前国际上迫切需要解决的问题.本文根据高磁导率铁材料和高温超导材料的电磁屏蔽特性,利用Ansoft Maxwell 3D仿真软件,建立高磁导率材料铁空心圆柱体和高温超导材料YBCO空心圆柱体及其组合的屏蔽模型,对一个空心线圈产生的磁场进行被动磁屏蔽.仿真研究了铁屏蔽体和超导屏蔽体厚度和高度对低频磁场磁屏蔽效能的影响.仿真结果表明,YBCO/Fe组合结构的屏蔽体对低频交变磁场的磁屏蔽效能比单层YBCO屏蔽体的屏蔽效能高3倍,YBCO/Fe组合结构的屏蔽体对低频交变磁场的磁屏蔽效能比单层铁屏蔽体的屏蔽效能高1.5倍,最理想磁屏蔽体结构是YBCO/Fe二层组合结构,其具有最高的磁屏蔽效能.综合利用高磁导率材料和高温超导材料等电磁屏蔽材料的特点,选择最优电磁屏蔽方案,进行电磁屏蔽新技术研究,以提高电磁屏蔽效能,对电磁兼容问题的解决具有重要的理论和应用意义.     

超导弱磁场测量技术在磁法找油中的应用

简述了磁法找油的思路，指出了在航磁测量中使用高Ｔｃ超导磁强计的必要性。采用费曼提出的简化方法，计算了通过双结超导环的最大零电压电流Ｉｍ，计算结果表明Ｉｍ随通过环平面的磁通量作周期性变化，周期为一个磁通量子，根据计算结果，简要说明了超导磁强计的工作原理。最后，简要介绍了高Ｔｃ　ｄｃ　ＳＱＵＩＤ的研究进展。     

二维声场预测的快速多极基本解法

传统基本解法在二维大规模模型的声场求解过程中,系统方程形成和求解的计算量正比于自由度N的二次方O(N2)和三次方O(N3),求解效率低;为此,引入快速多极子算法并采用广义极小残差法迭代求解,提出一种用于二维声场预测的快速多极基本解法。对无限长圆柱体及二维类车体辐射模型的仿真结果表明,当N为3000时,分别采用快速多极基本解法与传统基本解法求解所需的时间比值约为百分之四,且N越大比值越小;最终实现系统方程的形成和求解的计算量降低到正比于自由度O(N),提高了对二维大规模模型声场预测计算效率。      

超导线圈中的感应电流

通过和普通导体线圈比较,从超导线圈内磁通量保持不变的性质出发,讨论了不同情况下超导线圈中感应电流的大小、方向和持续时间等方面的特点.     

超导磁通量子比特的性能表征

采用超导电路实现的量子计算近十几年来发展迅速,目前已经实现了质因数15的分解、高保真度的单和双量子比特等等。为实现量子计算,采用正交剥离自对准工艺,制备了射频超导量子干涉器件(rf-SQUID)结构的超导磁通量子比特芯片。在稀释制冷机mK温度下,对其基本结构参数进行了表征,并通过理论分析、软件仿真验证了测试结果。此外,还分析了测试系统的噪声性能,对可能的噪声源进行了消除。最后,通过量子比特初态的制备,观测到了双势阱能级间的共振隧穿现象。     

关于空心载流圆柱体的磁场

很多教科书中都讨论过用安培定律计算电流分布具有特殊对称性的磁场的好处[1][2]例如,用安培定律计算载流圆柱体的磁场式中的积分遍及包围总电流I的闭合路径.对于半径为R,载电流为I的无限长圆柱体,根据(1)式,可以求出刚好在圆柱体外的磁场.H=I/2πR(2)这个结果无论是实心圆柱体或空心圆柱体都成立. 本文将讨论某些学生不用安培定律而采用其他途径求解空心载流圆柱体的磁场时,是怎样得出似乎不同的结果的.他们分析过程中的缺陷,看来是不少学生在解题技能发展的初期遇到的一个共同问题.因此,这个问题值得讨论.图1是位于纸平面上载电流I的空…     

用Bose—Einstein凝聚体模拟超导量子干涉器件

正使用超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device,SQUID)对磁场进行精密测量,是超导应用的一个重要分支。测量可达到的精度是一个磁通量子的若干分之一。磁通量子Φ0=h/2e=2.07×10-15Wb,其中h是普朗克常数,e是电子电荷。SQUID能够达到如此高的灵敏度,根本原因在于其中的量子力学效应在宏观尺度上得到了充分的展示。可以说,SQUID是量子工程的一个典型产物。我们的问题是,Bose—Einstein凝聚体,作为超导体的相似客体,它的宏观量子干涉效     

稳恒超导载流态正常─超导界面层的作用

研究了稳恒超导载流态条件下 ,正常超导界面层对超导载流子的作用。指出在正常超导界面层内存在着“类感应电场力”,其本质上是束缚电子对所受 Lorentz力沿超导体对称轴线的分量之和。在“类感应电场力”的作用下 ,束缚电子对质心定向运动速度由零增大到 1 0 3 - 1 0 4 ms- 1,使超导电流的熵小于正常电流的熵。正常超导界面层是熵变区。     

纤维光学讲座 第三讲 纤维光学元件的测试

一般地说,我们要求纤维光学元件在光学性能方面数值孔径大,透光性能好,分辨率高,对比度好。本讲以光学纤维面板(以下简称为面板)为例来讨论它的几个主要特性的测量原理和一般测量方法。一、面板数值孔径的测量面板的数值孔径是表明它集光能力大小的一个基本参数。理论上面板的数值孔径可根据公式NA=(n_1~2-n_2~2)~(1/2)计算得到,式中n_1为芯玻璃折射率,n_2为涂层玻璃折射率。实际上,由于控制纤维的过程中芯玻璃和涂层玻璃互相渗透,在两者间形成一个过渡层,过渡层中的玻璃折射率不等于n_1,也不等于n_2,因此使数值孔     

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.