超导量子干涉仪.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,超导量子干涉仪,SQUID得发展,SQUID(Superconducting Quantumn Interference Device),就是在约瑟夫森结上发展起来得基于量子干涉原理得仪器;主要有两类DC SQUID(直流)&RF SQUID(射频,),1962年Josephson 理论研究了两块超导体被一层薄绝缘层分开得S-I-S结,为SQUID得出现奠定了基础。,Physics Letters,1962 vol、1,Issue 7,pp、251-253,Josephson,B、D、,1964年,R、C、Jaklevic et al、提出了双Josephson Junction 量子干涉模型。,Phys、Rev、Lett、12,159-160(1964),R、C、Jaklevic,et al、,60年代下半叶,制造简陋得dc SQUID开始为低温物理学家用于测量。,60年代末开始出现RF SQUID。,相当长得时间内,dc SQUID被摒弃,直到1974年出现灵敏性高于RFSQUID得仪器。,1987年Koch和Nakane首先制造出了高温dc-SQUID。,Appl、Phys、Lett、51(3)、20 July 1987,R、H、Koch,et al、,超导体得简单介绍,1911年Onnes首次在极低温下发现了Hg得超导电现象即在某个转变温度下电阻完全消失。零电阻效应,1933年迈斯纳以实验揭示了超导体得另一特性抗磁性,1935年F、London和H、London提出唯象理论,统一概括了零电阻和迈斯纳效应、,Series A,Mathematical and Physical Sciences,Vol、149,No、866、(Mar、1,1935),pp、71-88、F、London&H、London,1950年Ginzburg和Laudau提出理论,其中n,s,就是温度T、空间位置r和磁场B得函数,其方程和微观上得薛定谔方程一致,提出磁通量子化。,Teor、Fiz、20,1064(1950)Ginzburg,Laudau,1957年,由Bardeen、Cooper和Schriffer提出BCS理论,由此确立了超导典型得量子理论,Phys、Rev、108,1175-1204(1957),J、Bardeen,L、N、Cooper,*,and,J、R、Schrieffer,超导中得磁通量子化,黄昆固体物理学,超导体内j,s,=0,Cooper对波函数相位满足,取一个回路,作环路积分,超导中没有磁场,这就就是通过环孔得磁通量,左端为一周得相位增加,为使波函数回到同一点不会发生实质变化于就是,单电子隧道效应,Ivar Giaever and Karl Megerle Phy、Rev、Volume122(1101)1961,N-I-N 结,在没有外加电压时,两边得金属费米能级相同,当有外加电压时,两层金属费米能级相差,-qV隧穿得电子数目正比于所加电压,因而电压电流曲线如左图。,Ivar Giaever and Karl Megerle Phy、Rev、Volume122(1101)1961,S-I-N结,其中一种金属变为超导态,在T=0时,当0V,E,1,/q才能产生电流,当V很大后就趋于N得情况了。T0时,由于超导态得能隙上也会有少量电子,所以在0V=(E,1,E,2,)/q时才有隧穿电流;在T0时,在V=(E,1,E,2,)/q时,隧道电流极大,随着电压增大,会因为态密度减小得原因,电流下降,直到V=(E1E2)/q,电流大小又开始急剧增大(态密度较大得部分上升),约瑟夫森效应(S-I-S),直流约瑟夫森效应,1,2,Supercon.1,Supercon.2,Isolator,将,代入,经处理得,在外加电压为零时,有一超导电流,其数,值由位相差决定。,V,I,b,a,交流约瑟夫森效应,1,2,Supercon.1,Supercon.2,Isolator,若在结得两侧加上电压,则方程变为,用同样得方式可得,若V！=0,电子对穿过势垒会发射或吸收能量为,得光子,有磁场存在时,根据规范不变性,达到多出得一项相位因子,磁场对隧道结得相位调制作用,若考虑结两边不加电压得情况,若磁场沿x方向,大小为B,0,则A(0,0,B,0,y)则有,1,2,Supercon.1,Supercon.2,Isolator,z,x,y,I达到极值,令,上式让我们联想到光学中得夫琅禾费衍射图样,这就就是超导量子衍射现象。,大家学习辛苦了，还是要坚持,继续保持安静,dc SQUID原理,前面我们提到磁通量子化,但在这里,隧道结就是有临界电流得,其和环路得自感很小,对环内磁通没有什么影响,磁通完全由所加外场决定。不过,绕环路一周,波函数相位还就是变化,R、C、Jaklevic,代入并整理后得,J=0,无自感时,一个磁通量子约,因而对外加场得微小变化都很灵敏,Principles and applications of SQUID,J、Clarke,实际使用时,检测临界电流就是很困难得,我们可以加一个大于最大临界电流得偏置电流,根据V-I关系,我们可以得到电压磁通关,曲线。其位相正好与电流相反。,SQUID各种系统,可以用于测量与磁通量相关得量,磁场(Magnetometer),电压(Voltmeter),磁场梯度(Gradiometer),磁化率(Suceptometer),Dc SQUID 系统得介绍及应用,Standard DC SQUID system with flux modulation and impendance,matching circuit,DC SQUID systems overview Supercond、Sci、Technol、4(1991)377-385 Drung,Magnetometer,Gradmeter,Voltmeter,Superconductiong flux transformers,Modulation and feedback circuit,Principles and applications of SQUID,J、Clarke,SSM(扫描超导量子干涉显微镜),Magnetic Microscopy of Nanostructures,H、Hopster、,springer,Magnetic Microscopy of Nanostructures,H、Hopster、,springer,小结,SQUID得发展背景,介绍了SQUID得基本原理,DC SQUID系统得介绍,简单介绍SSM,