Josephson效应非线性特性的研究

用等效电路理论分析实际的Josephson结，并讨论在噪声作用下Josephson结构的非线性特性，所得结果为Josephson器件的研究和应用提供了依据。     

关于三维超导结的Josephson运动方程的研究

文中,三维超导结的Josephson运动方程被推导出来,并求出了它的解.     

二维Josephson结阵列超导的涡旋Nernst效应

借助于与时间相关的Gintzburg-Landau动力学,数值计算了二维Josephson结阵列的Nernst信号,获得了Nemst信号随温度及磁场变化的规律．在超导转变温度以上发现了较大的Nernst信号．而对于固定的温度而言,Nernst信号则随外加磁场的升高呈现出非单调变化的行为．本研究获得的数值模拟结果与一些铜氧化物高温超导体的实验结果在定性上吻合．     

自对准法制备Nb/AlO_x/Nb超导Josephson结及其直流特性测试

超导量子比特系统是实现大规模量子计算的可行方案之一。该文采用集成电路平面工艺制备了基于Nb/AlOx/Nb 3层膜结构的超导Josephson结,为制备性能可靠的超导量子比特提供了一定基础。工艺中采用了自对准技术形成结区,从而有效地保护器件结构并降低了工艺复杂度。搭建了超导Josephson结直流特性低温测试系统,并对制备的Josephson结进行了直流特性测试,得到Josephson结在不同温度下的伏安特性,并观察到铌(Nb)的超导能隙电压2.85mV的跳变。同时,测量得到Josephson结临界电流随温度变化的关系,与Ambegaokar和Baratoff的理论结果相符合。     

高温超导Josephson结的微波响应分析

在 Aslam azov和 L arkin给出的 RSJ模型下电压时变方程无扰解的基础上 ,运用二阶微扰算法计算了Josephson结在高频辐射下的直流电压响应和阻抗 .结果表明 ,辐射响应正比于辐射功率 ,并且根据 Josephson固有频率 w0 是大于、等于还是小于辐射频率 w,可将响应分为三个特性频率区 .当 w大于或者小于 w0 时 ,响应可以用V- I特性参数表示 .当 w0 w时 ,响应正比于 :(1)直流特性曲线的斜率 ;(2 )辐射频率的负二次方 ;(3)本征Josephson振荡的电压幅值 .当 w0 w时 ,响应正比于 V- I曲线的曲率 .实验表明 ,当 w0 w时 ,响应正比于辐射功率和 V- I特性曲线的曲率 .所得到的等效噪声功率为 N EP=2 .45× 10 - 1 4 W/Hz1 / 2 ,明显优于常规的辐射热探测器     

f波超导体/绝缘层/f波超导体结中势垒散射对直流Josephson电流的影响

通过计算界面势垒散射强度对直流Josephson电流的影响,研究了f波超导体/绝缘层/f波超导体结的直流Josephson电流与温度T和结两侧晶轴方位角之间的关系.我们发现:f波超导体/绝缘层/f波超导体结界面的势垒强度总是抑制结中准粒子的Andreev反射,降低流过f波超导体/绝缘层/f波超导体结的直流Josephson电流.当结两边晶轴方位角相同时,Josephson电流的振荡周期是2π;特别地,当结两边晶轴方位角不同时,其振荡周期不再是2π,而是会随着势垒强度的增大,振荡周期变小.     

二维Josephson结阵列的钉扎及棘轮效应

利用电阻分流结动力学数值模拟了二维Josephson结阵列在六角点阵钉扎下系统的磁通分布,通过测量钉扎强度-电压关系,得到该超导系统的电阻随着钉扎强度增加而减小的规律.同时进一步研究了三角状的非对称钉扎势所产生的棘轮效应.     

不对称s波超导体/绝缘层/s波超导体结的直流Josephson电流

在不对称s波超导体/绝缘层/s波超导体Josephson结(s/I/s)中,考虑结界面粗糙散射情况下,运用Bogoliubov deGennes(BdG)方程和Furusaki Tsukada(FT)的电流公式计算准粒子的输运系数及s/I/s结的直流Josephson电流.研究表明,结界面的通常势垒和粗糙散射均抑制结中准粒子的Andreev反射,降低了流过s/I/s结的直流Josephson电流,直流Josephson电流I随温度T的变化关系与结两侧的对称性有关.     

基于系统变量的线性变换实现对Josephson结电路的混沌控制

研究了Josephson电路系统的复杂动力学行为.首先建立了系统的动力学方程,通过分岔图和相平面图分析了系统从周期到混沌的过程,然后运用基于系统变量的线性变换实现了对Josephson结电路的控制.结果表明,通过改变系统变量之间的线性变换矩阵,可以实现对Josephson结电路混沌运动的控制.     

Josephson电路中的分岔与混沌

为了揭示电路系统丰富的非线性动力学行为,提高电路系统的稳定性,避免混沌对元器件的危害,针对一类特殊的Josephson电路.应用微分方程理论中的Lyapunov直接方法、非线性动力学方法以及改进的数值计算方法,分析了系统的稳定性、分岔与混沌,通过分岔图、最大Lyapunov指数图分析了系统参数对其稳定性的影响以及复杂的分岔结构,并进一步通过时间相应图、相图、频谱图和Poinearè映射图进一步揭示了该系统的混沌运动.研究结果表明,映射延拓综合法提高了计算精度和速度,并发现,系统在一定参数条件下存在周期泡、混沌泡和对称破缺分岔等新现象.     

涡旋态参与的约瑟夫森效应

报道一种新的约瑟夫森效应—涡旋态参与的约瑟夫森效应。在这种效应中,涡旋束缚态和Andreev态的干涉效应导致了约瑟夫森超流的台阶状演化,并且台阶数目等于有效导电通道数目。     

DSC系统的dc Josephson电流阶梯效应

由Ｊｏｓｅｐｈｏｓｎ关系，得出ＤＳＣ系统分别处于稳恒磁场和交变磁场时，两结间所加交变电压的直流分量改变，将导致系统的ｄｃ Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ电流产生多次阶梯效应。     

The a.c. and d.c. Josephson effects in a Bose-Einstein condensate

The alternating- and direct-current (a.c. and d.c.) Josephson effects were first discovered in a system of two superconductors, the macroscopic wavefunctions of which are weakly coupled via a tunnelling barrier. In the a.c. Josephson effect, a constant chemical potential difference (voltage) is applied, which causes an oscillating current to flow through the barrier. Because the frequency is proportional to the chemical potential difference only, the a.c. Josephson effect serves as a voltage standard. In the d.c. Josephson effect, a small constant current is applied, resulting in a constant supercurrent flowing through the barrier. In a sense, the particles do not 'feel' the presence of the tall tunnelling barrier, and flow freely through it with no driving potential. Bose-Einstein condensates should also support Josephson effects; however, while plasma oscillations have been seen in a single Bose-Einstein condensate Josephson junction, the a.c. Josephson effect remains elusive. Here we observe the a.c. and d.c. Josephson effects in a single Bose-Einstein condensate Josephson junction. The d.c. Josephson effect has been observed previously only in superconducting systems; in our study, it is evident when we measure the chemical potential-current relation of the Bose-Einstein condensate Josephson junction. Our system constitutes a trapped-atom interferometer with continuous readout, which operates on the basis of the a.c. Josephson effect. In addition, the measured chemical potential-current relation shows that the device is suitable for use as an analogue of the superconducting quantum interference device, which would sense rotation.     

Observation of the ideal Josephson effect in superfluid 4He

Superfluids and superconductors are the only states of condensed matter that can be described by a single wavefunction, with a coherent quantum phase Phi. The mass flow in a superfluid can be described by classical hydrodynamics for small flow velocity, but above a critical velocity, quantized vortices are created and the classical picture breaks down. This can be observed for a superfluid flowing through a microscopic aperture when the mass flow is measured as a function of the phase difference across the aperture; the curve resembles a hysteretic sawtooth where each jump corresponds to the creation of a vortex. When the aperture is made small enough, the system can enter the so-called 'ideal' Josephson regime, where the superfluid mass flow becomes a continuous function of the phase difference. This regime has been detected in superfluid 3He, but was hitherto believed to be unobservable, owing to fluctuations, in 4He. Here we report the observation of the ideal Josephson effect in 4He. We study the flow of 4He through an array of micro-apertures and observe a transition to the ideal Josephson regime as the temperature is increased towards the superfluid transition temperature, Tlambda.     

利用Fabry-Perot谐振腔和介质谐振天线实现约瑟夫森结阵列的自辐射

本文提出了一种利用Fabry-Perot谐振腔和介质谐振天线,同时集成偶极天线阵实现约瑟夫森结阵列自辐射的方法.在介质基片上制作集成偶极天线阵的双晶约瑟夫森结阵列,并将其嵌入到Fabry-Perot谐振腔内.将基片作为一介质谐振天线,使其与Fabry-Perot谐振腔谐振在同一频率下,从而通过高频电磁耦合机制实现结之间以及结与外部微波电路之间的耦合.文中分别进行了数值仿真和实验研究.对一个包含166个双晶约瑟夫森结的结阵列进行了液氮温度时的测试,在片外（off-chip）检测到了75.2GHz,10pW的辐射信号,与仿真结果吻合.该方法为基于约瑟夫森效应的太赫兹（THz）源提供了一种可能.     

弱耦合Josephson结系统稳定性

分析了弱耦合的Josephson结系统在外加强迫力作用下的运动状态,阐述了其系统的稳定性,以便能够更好地控制系统的动力学行为.     

Nb约瑟夫森结中AlO_x阻挡层阳极氧化的研究

用阳极氧化电压谱图技术分析Ｎｂ／ＡｌＯｘ／Ｎｂ约瑟夫森结中ＡｌＯ２隧道阻挡层（绝缘层）与Ｎｂ电极之间的介面特征并测量谱图阻挡层阳极氧化的电压宽度，发现这种电压宽度与阻挡层厚度密切相关．通过阻挡层阳极氧化电压宽度Ｖｗ和沉积Ａｌ厚Ｄ的关系测量，证实Ａｌ上ＡｌＯｘ的生长只取决于氧化条件而与沉积的Ａｌ层厚度无关．本文还提出了一种由Ｖｗ估算Ａｌ上生长的ＡｌＯｘ厚度的方法．实验证明，阳极氧化电压谱图技术是监测约瑟夫森结的介面特性和临介电流密度的有用工具，对高温超导结及其超导器件的开发起着重要的作用．     

J-C模型在含约瑟夫森结介观电路中的应用

利用正则量子化方法,将所给的约瑟夫森结介观电路量子化,双态近似后类比于J-C模型,将体系视为单个二能级原子与单模量子化光场相互作用进而确定体系的本征能量和本征态,研究了体系在共振情况下相互作用对无耦合时能级简并的影响.结果显示耦合越强,粒子数越大能级间隔越大.