高温超导薄膜的临界电流密度无损测量研究和微波非线性效应研究

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1、摘要摘要在高温超导体中，薄膜具有重要的研究和应用价值。利用高温超导薄膜可以实现超导滤波器、超导太赫兹信号产生及检测、超导SQUID器件和超高速数字电路(RSFQ)等。在超导薄膜的特性参数中，临界电流密度无疑是很重要的一个，它可以衡量超导薄膜的功率承载能力，也可以表征超导薄膜对外磁场的屏蔽能力。由于目前常用四点传输测量法要对薄膜进行刻蚀，会破坏薄膜原有的结构。因此，人们便开始探讨无损测量临界电流的方法。此外，近年来，高温超导薄膜微波场中表现出了明显的非线性特征，吸引了许多课题组对其进行研究。一方面非线性行为的研究为我们开辟了一条探索超

2、导电性机理的通路；另一方面，让微波工程师们能最大限度地克服非线性对高温超导滤波器、天线和延迟线极大的制约。因此，高温超导体非线性研究不论对于基础研究还是应用都具有十分重要的意义。本论文通过仿真和实验的方法研究了高温超导薄膜临界电流密度的无损测量理论和方法，以及高温超导薄膜的微波非线性效应，其主要成果如下：1、在Bean等人的基础上，建立了高温超导薄膜临界电流密度模型，提出了新的感生电压三次谐波与薄膜表面电流密度的理论关系，用Matlab软件进行了仿真，并与实验曲线进行了对比，得到很好的一致性。2、对T12Ba2CaCu208高温超导

3、薄膜的临界电流密度进行了实验测量，提出了新的测量判据，并用逐次趋近法对测量的三次谐波．驱动电流曲线进行研究，得到精确的超导薄膜的临界电流密度值。测量方法不需要已知临界电流密度的样品进行系统参数校准。与国际上不同的测量方法进行比较，其精度很高。3、对高温超导薄膜的微波表面电阻在高频磁场下的非线性特性进行了理论研究。根据外加微波功率的不同，分别研究了相应状态下各个起主导作用的非线性机制。并且对薄膜的表面电阻进行了测量，得到其随外加高频磁场变化而变化的实验曲线，对实验结果进行了一定的解释。关键词：高温超导薄膜临界电流密度无损测量表面电阻非

4、线性特性AbstractABSTRACTIIl11igh．temperaturesuperconductors(HTS)，thethinfilmsareofgreatvalueforbothfundamentalscienceandapplications．Theyhavefoundwideapplicationinvariousdevices．suchasminiaturizedthinfilmfilters，terahertz—frequencysignalgenerator,SQUID，RSFQ．Undoubtedly,the

5、criticalcurrentdensityofthesuperconductingfilmisoneofthemostimportantparameters．However,thefour-polestransportmethod，whichisthemostpopularmethodformeasuringthecriticalcurrentdensitynowadays，needstopatternthefilmandthuswilldestroythemorphologyofthefilm．Asaresult，Non-des

6、troyed(NDE)measuringmethodsarepresented．Besides，inrecentyears，hightemperaturesuperconductingthinfilmshaveshowedapparentnonlinearityinmicrowave-frequency．Thisphenomenonhasarisenworld．wideinterestingandmanyresearchinggroupshaveappliedthemselvestothisthesis．Firstly,resear

7、chtothenonlinearpropertiesofHTSthinfilmsopensthedoortocomprehendingthephysicsofanumberoffascinatingnonlinearphenomenasuchasRF—Vortexnucleation，annihilationandmotion．Secondly,sincetherffielddependenceofthesurfaceimpedanceremainsamainobstacleintheapplicationsofthemicrowa

8、vedevices，studyingthenonlinearityCanhelpUStooptimizetheirperformancetothelargestextent．Inthispaper,theNDEmeasuringthe