资源描述：
《超导量子干涉器_squid_原理及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、28物理与工程Vol.17No.62007超导量子干涉器(SQUID)原理及应用1)倪小静杨超云(浙江树人大学基础部,浙江杭州310015)(收稿日期:20061204;修回日期:20070419)摘要严谨的超导量子干涉器原理的阐述是非常深奥和繁杂的,我们在这里采用简明的物理图像和数学语言论述超导量子干涉器的原理及应用,以推动大学物理现代化的进程.关键词隧道效应;约瑟夫森结;超导量子干涉器件THEPRINCIPLEANDAPPLICATIONSOFSUPERCONDUCTINGQUANTUMINTERFERENCEDEVICE(S
2、QUID)NiXiaojingYangChaoyun(DepartmentofBasicCourses,ZhejiangShurenUniversity,Hangzhou,Zhejiang,310015)AbstractAsthepreciseprinciplesoftheSQUIDareabstractandcomplicated,weexplaintheprincipleandapplicationsofSQUIDwithsimplephysicalimageandmathematicrepresentationsinordertopromotet
3、heprocessofmodernizationofcollegephysics.KeyWordstunneleffect;Josephsonjunction;superconductivityquantuminterferencedevice种耦合主要与两电子对波函数1和2之间的有1约瑟夫森结限重叠有关,这种情况如图1所示.故两块超导体S1和S2中的位相就不能彼此独立变化,彼此之间现在我们考虑相距一个宏观距离的两块超导实现了位相相关.如果在两块超导体中间由一薄体S1和S2时,两块超导体是彼此独立的,也就是层(约为10)绝缘势垒分开,组成弱连接超导
4、体说,分别描述两块超导体S1和S2的电子对波函系统,这就是所谓的约瑟夫森结,如图1所示.它ii在某种程度上表现为像一块超导体一样,但它不数121=e和2=e是彼此独立,互不关联的.其中1和2分别是超导体S1和S2的电子对同于一般的超导电性,这种现象称为弱超导电密度;1和2为电子对的量子位相.根据超导的性.在超导结中,电子对形成超导电流从一块超宏观量子理论,超导体中所有电子对波函数是相导体出发,通过隧道效应,穿过结区流向另一块超同的,所以1和2分别是超导体S1和S2中所有导体,若把1和2的表达式代入系统随时间变化电子对的量子位相
5、.故位相1和2也就称为两块超导体S1和S2的宏观量子位相.当超导体S1和S2之间的距离约为10左右时,我们将看到电子对从一超导体流入另一超导体,这时,两超导体S1和S2之间存在弱耦合,这图1约瑟夫森结1)作者简介倪小静(1969年出生),女,浙江淳安人,浙江树人大学基础部物理学讲师,主要从事物理理论和物理实验教学与研究.29物理与工程Vol.17No.62007的薛定谔方程可解得超导电流与两块超导体之间的宏观量子位相差有如下关系:I=Icsin(1)式中,I为超导电流;Ic为临界超导电流;=1-2为两块超导体之间的宏观量子位相差.若考
6、虑约瑟夫森结两端有一直流电压V,我们还可以导出位相差与结两端电压V之间的关图2双结直流量子干涉器件示系为意图.1为约瑟夫森结2e=V(2)超导量子干涉器分成两大类:一类为直流供t电方式,称作直流量子干涉器件(dcSQUID);如式中,是两块超导体之间的宏观量子位相差t图2所示,在双结SQUID中,两个弱连接未被超随时间的变化率.式(1)和式(2)是约瑟夫森效应导路径短路,因此可以观测直流IV特性,在工的基本关系式.作情况下,器件被电流偏置于略大于临界电流Ic下面我们来讨论约瑟夫森效应两个基本方程的数值上,并可测量器件两端电压,故而得名.
7、另式的物理意义.一类是射频供电方式,称作射频量子干涉器件(rf(1)假定结两端直流电压V=0,则由(2)式知SQUID).如图3所示,它是由一个单结超导环所构成,即单结SQUID,这时超导路径短路,因此电=0,故得两超导体之间的位相差是恒定的,t压响应是把超导环耦合到一射频偏置的储能电路这时根据式(1)可知,超导电流I可以在结两端电(谐振槽路)上而得到的,故而得名.下面我们用双压为零的情况下流过势垒(绝缘层).这就是直流结的直流量子干涉器件为例说明SQUID的工作约瑟夫森效应的本质.这时超导电流I=Icsin=原理.主要根据是,超导环中包含的总磁通
8、量必须常量.在约瑟夫森预言后的第二年,即1963年,
