Developing Josephson junction array chips for microvolt applications

Josephson junction array chips for microvolt applications have been designed and fabricated. A voltage step as small as 1 μV has been observed for a single junction in the array when it is driven by 483.59 MHz microwave. By selecting different parts of the array, it can output a voltage from 1 μV to 256 μV. The flat region of the voltage steps is over 200 μA.This kind of array is useful for potential microvolt applications.     

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.     

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.     

用于电压基准的Nb/NbxSi1-x/Nb约瑟夫森单结的研制

现代可编程约瑟夫森电压基准的核心器件是约瑟夫森结阵.目前最具有优势的约瑟夫森结阵是 Nb/Nb_xSi_1-x/Nb材料的结阵. Nb/Nb_xSi_1-x/Nb材料的约瑟夫森结 具有三层薄膜的制作过程简便, Nb和Nb_xSi_1-x刻蚀工艺相同以及Nb_xSi_1-x 势垒层成分可调等优点.中国计量科学研究院设计制作了Nb/Nb_xSi_1-x/Nb约瑟夫森单结. 通过在4.2 K低温下对所做单结进行直流电流-电压特性测量,观测到了清晰的超导隧穿电流和 从零电压态向电压态的跳变,最后就测量结果进行了分析讨论.此项工作属于国内首个开展 Nb/Nb_xSi_1-x/Nb材料约瑟夫森单结研究的工作.