MgB2超导线拉伸性能研究

MgB2 是一种新型超导材料, 它具有较高的临界温度和较低的原料价格. 随着磁约束核聚变实验技术的发展, 未来的托卡马克磁体系统的低场部分磁体有希望使用 MgB2 CICC 导体绕制. CICC 导体的有限元分析需要以超导线的应力-应变函数为基础. 本文中, 来自西部超导公司( WST) 及 Hyper Tech 公司的两种 MgB2 超导线被测试了抗拉强度与弹性模量. 未反应的超导线在室温下的拉伸曲线被用多项式及指数函数拟合. 实验发现西部超导公司的 MgB2 线材在各种条件下的拉升强度都高于 Hyper Tech 线材. 室温下未反应的 MgB2 超导线的应力-应变关系可以用指数函数恰当地拟合, 并且表达式比多项式函数的拟合结果更简单. 超导线的应力-应变函数可以为CICC 导体数学模型的建立提供参考.     

梯形高温超导磁体电磁特性仿真与实验研究

超导电动悬浮列车以超导磁体作为核心部件, 具有环境影响小、 高速下自稳定、 安全性能好等优点, 已成为高速轨道交通的重要发展方向之一. 然而, 传统的磁体线圈结构存在绕组内磁场过于集中的问题, 导致磁体的临界电流下降显著, 列车的悬浮及安全性能也受到影响. 针对现有悬浮磁体结构自场集中导致的临界电流衰减问题,本文提出了一种梯形高温超导磁体线圈结构. 建立了一种可以提升磁体临界电流计算效率的均质自洽模型, 设计了梯形结构线圈的结构参数并完成了磁体线圈的绕制. 实验和计算结果表明, 自洽模型计算的磁体临界电流与实验测量值吻合良好, 验证了模型的准确性. 利用该模型对日本山梨试验线上的全尺寸车载高温超导磁体进行了结构优化设计. 研究发现, 优化后的车载磁体绕组内磁场集中程度明显下降, 车载磁体的临界电流及目标区域的磁场强度显著提高. 本研究相关成果可为电动悬浮列车车载磁体的结构设计提供参考.     

高温超导电流引线研究进展概述

超导装置中需要电流引线实现室温端外部电源与处于低温环境的超导磁体相连，采用高温超导电流引线可以有效降低端漏热，降低运行成本.在满足设计电流的基础上，尽可能降低电流引线的总漏热，提升其失冷时间与烧毁时间，是高温超导电流引线的优化目标.本文概述了高温超导电流引线的传热分析、结构设计、安全性评价以及国内外具体应用案例.     

面向窄线宽超导纳米线单光子探测器的电子束曝光技术

超导纳米线单光子探测器是新型超导电子器件,因其具有高探测效率、低暗计数及低时间抖动等优势,在量子信息、激光雷达等方面已得到广泛的应用.目前主流超导纳米线单光子探测器主要工作在1.5μm以下的可见光和近红外波段.中红外波长的红外探测技术在基础科学、医学、日常生活以及军事等广泛领域发挥着重要作用,中红外单光子探测器可以使得中红外波段探测技术进入量子极限灵敏度.根据超导纳米线单光子探测器探测机理,超窄线宽的纳米线条可以提升超导纳米线单光子探测器在中红外波长的灵敏度.电子束曝光技术是目前实现超导纳米线单光子探测器纳米线线条加工的主流技术,电子束抗蚀剂种类繁多,面向超窄线宽超导纳米线单光子探测器器件的制备需求,对两款抗蚀剂进行性能测试表征,和窄纳米线制备尝试.根据负性电子束抗蚀剂MaN-2401在制备窄线宽时的显著优点,优化工艺,利用其成功制备出50 nm线宽超导纳米线单光子探测器并成功实现了2000 nm的单光子响应.     

H 离子辐照对 NbN 薄膜的微观结构和超导性能影响

氮化铌(NbN) 低温超导薄膜是用于制作超导器件的典型材料. 基于 NbN 超导薄膜的超导纳米线单光子探测器(SNSPD) 在量子通信、 暗物质探测、 激光测距等领域都有着广泛应用. 本工作借助中国科学院兰州近代物理所320 kV 低能重离子综合研究平台采用300-keV H1 + 离子对7 nm 厚度的低温超导材料 NbN 超薄膜进行了离子辐照, 得到了辐照前后超导转变温度Tc 及超导能隙 Δ(0) 、 费米面附近电子态密度 N0 等其他材料参数的变化, 为借助离子辐照手段改善 NbN SNSPD 性能提供了实验参考.     

超导量子器件片上皮法电容的制备及测量

片上集成电容是超导量子芯片上的核心器件，其数值一般在百飞法(fF)至皮法(pF)范围.采用常规微纳加工技术在蓝宝石基片上制备了铌-氧化硅-铝(Nb/SiO₂/Al)平行板电容.利用刻蚀工艺制备了平行板电容器的下极板Nb,利用剥离工艺制备平行板电容器的上极板Al和介电层SiO₂.室温下利用锁相放大原理和桥式电路原理测定电容大小，两种方法测定电容值基本一致，表明锁相放大原理测试pF级电容的可靠性.利用该电容与铝基约瑟夫森结组成谐振器，制备了中心频率位于4.35 GHz的约瑟夫森参量放大器.在稀释制冷机中10 mK温度下测定直流偏置谐振器的磁通-频率相位图，拟合数据获得的电容值与室温测定电容值接近，表明在mK、GHz条件下工作的片上集成电容可在室温、kHz条件下测定其数值大小.