论文部分内容阅读
高温超导本征约瑟夫森结阵列不仅具有超导约瑟夫森结噪声低和频率覆盖范围广等优点,而且其在高温超导体内自然形成的串联排列方式、能隙电压高达数十毫伏以及工作温度可在液氮温区等特性,使其成为备受关注的毫米波和亚毫米波固态源。本论文基于Tl2Ba2CaCu2O8(T1-2212)高温超导薄膜和Bi2Sr2CaCu2O2(Bi-2212)高温超导单晶制备的本征约瑟夫森结阵列开展研究工作,深入研究了本征约瑟夫森结阵列的电流电压特性、毫米波辐射特性和太赫兹辐射特性,主要的实验成果归纳如下：1、通过把斜切的T1-2212超导薄膜制备的微桥结构的本征约瑟夫森结阵列放入法布里-帕罗特谐振腔内,并利用法布里-帕罗特谐振腔的谐振作用,增强了本征约瑟夫森结阵列和外部微波的耦合,实现了本征约瑟夫森结阵列的毫米波辐射。2、制作一致性较好的斜切T1-2212本征约瑟夫森结阵列,通过分析其电流电压特性,发现了能隙压制和剩余电流现象,并利用高准离子电流密度造成的非平衡效应解释了这种现象。3、使用毫米波辐照T1-2212本征约瑟夫森结阵列并调节本征约瑟夫森结阵列在法布里-帕罗特谐振腔的相对位置,在电流电压特性上观测到了诱导台阶现象。通过分析诱导台阶对不同微波频率和功率的响应证实此微波诱导台阶为亚谐波台阶。4、研究在电压源偏置下的T1-2212本征约瑟夫森结阵列的电流电压特性,比较了其和电流源偏置的约瑟夫森结阵列的电流电压特性的异同。通过分析不同温度下电流电压特性的变化,验证了不稳定态的存在。5、(1)使用Bi-2212单晶制作平台结构的本征约瑟夫森结阵列,在1THz以上成功观测到可调谐的太赫兹辐射。(2)使用两个串联的平台结构组成的Bi-2212本征约瑟夫森结阵列,通过逐渐增加平台结构高度的方法,讨论了约瑟夫森结的数量和太赫兹辐射功率强度之间的关系。实验结果显示在单个平台结构中包含约740个约瑟夫森结时,在0.708THz得到的太赫兹辐射功率最大,-0.5μW。(3)使用具有较高超导转变温度的Bi-2212约瑟夫森结阵列,在82K检测到频率为0.27THz的太赫兹辐射。(4)使用并联的串联平台结构和金膜-Bi-2212-金膜结构研究了提高辐射功率的方式。