超導量子干涉儀詳解演示文稿

超導量子干涉儀詳解演示文稿當前1頁，總共23頁。優(yōu)選超導量子干涉儀當前2頁，總共23頁。SQUID的發(fā)展SQUID(SuperconductingQuantumnInterferenceDevice),是在約瑟夫森結上發(fā)展起來的基于量子干涉原理的儀器；主要有兩類DCSQUID（直流）&RFSQUID（射頻）1962年Josephson理論研究了兩塊超導體被一層薄絕緣層分開的S-I-S結，為SQUID的出現奠定了基礎。PhysicsLetters,1962vol.1,Issue7,pp.251-253Josephson,

B.

D.

1964年，R.C.Jaklevicetal.提出了雙JosephsonJunction量子干涉模型。Phys.Rev.Lett.12,159-160(1964)

R.C.Jaklevic

etal.

60年代下半葉，制造簡陋的dcSQUID開始為低溫物理學家用于測量。60年代末開始出現RFSQUID。相當長的時間內，dcSQUID被摒棄，直到1974年出現靈敏性高于RFSQUID的儀器。1987年Koch和Nakane首先制造出了高溫dc-SQUID。Appl.Phys.Lett.51(3).20July1987R.H.Koch

etal.

當前3頁，總共23頁。超導體的簡單介紹1911年Onnes首次在極低溫下發(fā)現了Hg的超導電現象即在某個轉變溫度下電阻完全消失。－－－零電阻效應1933年邁斯納以實驗揭示了超導體的另一特性－－－抗磁性

1935年F.London和H.London提出唯象理論，統(tǒng)一概括了零電阻和邁斯納效應.

SeriesA,MathematicalandPhysicalSciences,Vol.149,No.866.(Mar.1,1935),pp.71-88.F.London&H.London1950年Ginzburg和Laudau提出理論，其中ns是溫度T、空間位置r和磁場B的函數，其方程和微觀上的薛定諤方程一致，提出磁通量子化。Teor.Fiz.20,1064(1950)Ginzburg,Laudau

1957年，由Bardeen、Cooper和Schriffer提出BCS理論，由此確立了超導典型的量子理論

Phys.Rev.108,1175-1204(1957)J.Bardeen,L.N.Cooper*,andJ.R.Schrieffer?

當前4頁，總共23頁。超導中的磁通量子化黃昆《固體物理學》超導體內js=0，Cooper對波函數相位滿足取一個回路，作環(huán)路積分超導中沒有磁場，這就是通過環(huán)孔的磁通量，左端為一周的相位增加，為使波函數回到同一點不會發(fā)生實質變化于是當前5頁，總共23頁。單電子隧道效應IvarGiaeverandKarlMegerlePhy.Rev.Volume122(1101)1961N-I-N結在沒有外加電壓時，兩邊的金屬費米能級相同，當有外加電壓時，兩層金屬費米能級相差-qV隧穿的電子數目正比于所加電壓，因而電壓電流曲線如左圖。當前6頁，總共23頁。IvarGiaeverandKarlMegerle–Phy.Rev.Volume122(1101)1961S-I-N結其中一種金屬變?yōu)槌瑢B(tài)，在T=0時，當0<V<E1/q時不能產生電流，只有當V>＝E1/q才能產生電流，當V很大后就趨于N的情況了。T>0時，由于超導態(tài)的能隙上也會有少量電子，所以在0<V<E1/q上也會存在一定的隧道電流當前7頁，總共23頁。IvarGiaeverandKarlMegerle–Phy.Rev.Volume122(1101)1961S-I-S結當兩層金屬都處于超導態(tài)時,在T=0時僅當V>=（E1＋E2）/q時才有隧穿電流；在T>0時，在V>=（E1－E2）/q時，隧道電流極大，隨著電壓增大，會因為態(tài)密度減小的原因，電流下降，直到V=（E1＋E2）/q，電流大小又開始急劇增大（態(tài)密度較大的部分上升）當前8頁，總共23頁。約瑟夫森效應（S-I-S）直流約瑟夫森效應Ψ1Ψ2Supercon.1Supercon.2Isolator將代入，經處理得在外加電壓為零時，有一超導電流，其數值由位相差決定。VIba當前9頁，總共23頁。交流約瑟夫森效應Ψ1Ψ2Supercon.1Supercon.2Isolator若在結的兩側加上電壓，則方程變?yōu)橛猛瑯拥姆绞娇傻萌鬡！=0,電子對穿過勢壘會發(fā)射或吸收能量為的光子當前10頁，總共23頁。

有磁場存在時，根據規(guī)范不變性，達到多出的一項相位因子磁場對隧道結的相位調制作用若考慮結兩邊不加電壓的情況，若磁場沿x方向，大小為B0，則A(0,0,B0y)則有Ψ1Ψ2Supercon.1Supercon.2IsolatorzxyI達到極值,令上式讓我們聯想到光學中的夫瑯禾費衍射圖樣，這就是超導量子衍射現象。當前11頁，總共23頁。dcSQUID原理前面我們提到磁通量子化，但在這里，隧道結是有臨界電流的，其和環(huán)路的自感很小，對環(huán)內磁通沒有什么影響，磁通完全由所加外場決定。不過，繞環(huán)路一周，波函數相位還是變化R.C.Jaklevic當前12頁，總共23頁。代入并整理后得J=0無自感時當前13頁，總共23頁。一個磁通量子約因而對外加場的微小變化都很靈敏當前14頁，總共23頁。PrinciplesandapplicationsofSQUIDJ.Clarke實際使用時，檢測臨界電流是很困難的，我們可以加一個大于最大臨界電流的偏置電流，根據V-I關系，我們可以得到電壓－磁通關曲線。其位相正好與電流相反。當前15頁，總共23頁。SQUID各種系統(tǒng)可以用于測量與磁通量相關的量磁場(Magnetometer)電壓(Voltmeter)磁場梯度(Gradiometer)磁化率(Suceptometer)

當前16頁，總共23頁。DcSQUID系統(tǒng)的介紹及應用StandardDCSQUIDsystemwithfluxmodulationandimpendancematchingcircuitDCSQUIDsystemsoverviewSupercond.Sci.Technol.4(1991)377-385Drung當前17頁，總共23頁。MagnetometerGradmeterVoltmeterSuperconductiongfluxtransformers當前18頁，總共23頁。ModulationandfeedbackcircuitPrinciplesandapplicationsofSQUIDJ.Clarke當前19頁，總共23頁。SSM（掃描超導量子干涉顯微鏡）當前20頁，總共23頁。MagneticMicroscopyofNanostructuresH.Hop