全铌超导Josephson结的EWB仿真模型.pdf

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1、第27卷第3期大学物理实验V01．27No．32014年6月PHYSICALEXPERIMENT0FCOLLEGEJun．2014文章编号：1007—2934(2014)03—0027—05全铌超导Josephson结的EWB仿真模型宿非凡，王瑞峰(1．中国科学院物理研究所，北京100190；北京交通大学，北京100044)摘要：通过超低温实验直接测量了制备的全铌Josephson结的电压源驱动RCSJ模型的，．特性曲线。建立了Josephson结在电路仿真软件EWB中的模型，极大的方便了Josephson结及相关电路的仿真研究。利用这一新模型对Jose

2、phson结的基本特性进行了较为系统的研究，包括RSJ模型和RCSJ模型的直流驱动，_特性曲线。关键词：超导现象，全铌Josephson结，模型仿真，，-特性曲线中图分类号：04—39文献标志码：A自从约瑟夫森(Josephson)于1962年发现了不可能穿过这个势垒的。但是，根据量子理论Josephson效应以来，超导电子学取得了迅速的发CooperPair有一定的概率可以穿过这个势垒，这展。作为超导电子学的最基本原件——J0sephson种量子的隧道效应就是约瑟夫森效应产生的物理隧道结，无论是对其的理论研究还是其制备工艺基础。的研究改进都是十分有意义

3、的。根据微观的BCS理论，超导体在进入超导态近几年来国外已经有一些软件可以用来对后，超导电子结合成库珀对。这些库珀对彼此交Josephson结进行直接的模拟仿真，比如Wins、叠渗透导致整个超导体中的超导电子有相同的有JSpice等，然而这些软件的各种功能还不能让人序度。当两块超导体相距很远时，它们序参量的满意，现阶段还无法满足Josephson结研究的具体位相必然不相关；当它们合并在一起时，位相必然要求。相同；如果它们处于既不远离、也不合并，那么它EWB是目前的一种最简单、最普遍的分析和们之间必然存在某种关联，使它们的位相既非完模拟各种电路的有力工具，

4、而且可以采用图形输全相同也非毫不相关，而是维持一定的关系。入方式，操作界面直观J。其分析功能强大，利1965年Josephson将约瑟夫森结满足的电动用它可以方便的求出电路各种变量的时域、频域力学规律总结为Josephson方程组的四个方程：等特性。=sin0(1)如果能够利用这个软件对约瑟夫森结进行仿塑丝dt：(、2)／真研究，可以大大提高工作效率、降低劳动量。同h时，可以将约瑟夫森结与外电路很好的结合在一V0=(亩×)(3)起，所以该模型将具有物理意义突出，物理图景明c显的特点。0一11：sin0(4)caA1Josephson效应简介其中：0为绝缘

5、层两侧的电子波函数的相位差，为流过约瑟夫森结的电流密度，J．为这个约瑟夫森约瑟夫森效应也就是我们所说的非线性量子结的临界电流密度，为结两侧的直流电压值，隧道效应，两块超导体中间加一层很薄的绝缘层，为磁场强度。d为外磁场在势垒区附近的有效穿即构成一种典型的Josephson结。在这种情况下，透深度，其值为d=A+A2+t，A。、A为绝缘层两绝缘层相当于一个势垒其势能高于CooperPair侧超导体的穿透深度，t为绝缘层的厚度，为电磁的动能。根据经典理论，我们知道CooperPair是波在约瑟夫森结中的传播速度。收稿日期：2014．03．10全铌超导Jose

6、phson结的EWB仿真模型Josephson结的电流。将其展开有：2Josephson结的1，，特性曲线和，()=cdVy+尺+Icsin(6)d常用模型2．1Josephson结的，一特性曲线由于约瑟夫森结中绝缘层的存在，所以结的超导层之间会出现电容特性。这个电容特性会引起约瑟夫森结的，_回滞。约瑟夫森结典型的图3Josephson结的RCSJ模型等效电路图，一特性，见图1。有这样一种情况，当Josephson结的耗散电阻l。R很小以至于分布电容c相当于开路时，RCSJ模<1lc型简化为一个理想Josephson结与电阻的并联，即‘所谓的RSJ模型。

7、其等效电路图见图4。OV图1约瑟夫森结典型的，-特性曲线图4Josephson结的RSJ模型等效电路图图1中显示出来的非线性特性在实际的许多这种情况下有。1，所以相应的电流表达应用之中是不利的，根据电路的相关知识我们知式应该改写为：道，可以在约瑟夫森结上并联一个定值电阻来减d0+小这种回滞现象。这时候Josephson结的，．特：sin0(7)c】』CU7性，见图2。另外一些Josephson结模型比较复杂，超出了，‘本文的研究范围这里不再赘述。p1<1I／3Josephson结的电路(EWB)模型一一OV与仿真／3．1电路仿真软件EWB目前对Josep

8、hson结的仿真研究，由于图2消除回滞后约瑟夫森结典型的厶特性曲线Josephs