超导体—金属—超导体阵列输运性质的研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:jhyyxz
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将超导的岛阵列结构置于正常金属的薄膜上,就组成了超导体-金属-超导体阵列。超导近邻效应的作用使金属薄膜拥有了超导电性,在外加磁场的调制下,表现出丰富的物理现象。在本论文中,通过改进微加工技术,我们制备了高质量的超导体-金属-超导体阵列样品。通过测量不同结构和尺寸的样品在超导转变区的输运性质,我们研究了其超导转变以及磁通状态的转变。现将本论文中的工作总结如下:论文的第一部分工作为样品的制备。在金属薄膜上制备超导岛阵列,现有的方法是一种自下而上的微加工手段:先利用电子束曝光制作光刻胶掩膜结构,然后沉积超导薄膜,最后通过溶脱剥离的方式得到超导岛阵列结构。该方法虽然步骤简单,但存在超导-金属界面可能不干净,样品形状可控性差,对镀膜设备真空度要求较高等缺点。我们发明了一种自上而下的微加工方法:先制备出超导体/金属双层膜结构,再制作硬掩模结构,最后刻蚀出超导岛阵列结构。该方法保证了干净的超导体-金属界面,并且具有更好的形状可控性,对仪器的要求低等优点。论文的第二部分工作为超导体-金属-超导体阵列在外加磁场下的超导转变。通过测量样品在超导转变区电阻随磁场(-)变化的曲线,我们观察到了电阻随磁场周期性振荡的匹配效应。经过零场冷和场冷的过程后,分别测量样品在匹配场处电阻随温度(-)变化的曲线。我们发现,在场冷过程后-曲线的变化趋势与普通超导体并无本质差别;但在零场冷过程后再加磁场测量,出现了在超导转变区-曲线不单调变化的异常现象。在发生该异常现象的温度范围,我们连续升降磁场测量了-曲线,发现在较低温度下-曲线表现出回滞现象,并随着温度降低回滞现象更加明显。这些物理现象提示我们考虑样品边缘势垒对于输运测量结果的影响。我们计算了样品的边缘势垒,并与样品内部的周期性势垒相比较,发现边缘势垒对磁通运动的影响不可忽略。边缘势垒阻碍磁通进出样品导致了-曲线的回滞现象以及匹配场处-曲线的异常现象。论文第三部分工作为超导体-金属-超导体阵列在外加磁场下磁通状态随电流的转变。我们在三角阵列样品中通过测量-曲线以及微分电阻随磁场(dV/dI-I)变化的曲线,发现随着外加电流的增加,dV/dI-I曲线在一些特殊的匹配场(2~1和1)处有极小值向极大值转变的趋势,意味着磁通发生了从绝缘态到金属态的转变。与磁通的去钉扎机制不同,-曲线在这些磁场处保持极小值,说明磁通晶格保持钉扎的状态。上述现象说明在这些磁场附近随着电流的增加,样品内部的磁通可能发生了动态的磁通Mott转变。我们测量了这些磁场附近微分电阻随电流(dV/dI-I)变化的曲线,利用磁通Mott转变的标度率进行拟合,发现该转变符合标度行为,并得到了该转变的临界参数。与前人在正方阵列中的研究结果相比,三角阵列中动态的磁通Mott转变具有不同的临界参数,意味着三角阵列样品中动态的磁通Mott转变属于不同的普适类(universality class)。此外,我们还讨论了发生动态的磁通Mott转变之前磁通的运动状态。我们发现,当外加电流小于动态的磁通Mott转变的临界电流时,dV/dI-I曲线有一段台阶状线型,并且台阶的高度与磁场大小呈线性关系。通过分析我们得出在发生动态的磁通Mott转变之前磁通晶格中多余的磁通或者磁通空位已经去钉扎的结论,多余的磁通或者磁通空位进入了流动状态,导致了dV/dI-I曲线台阶的产生。
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