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1992年,当时在德国Walther—Meissner研究所的R.kleiner等人最先发现了BSCCO single crystals里的本征约瑟夫逊效应。在这以后,许多实验也令人信服的验证了这种材料的本征约瑟夫逊特性。随之而来的对高温超导材料的结构,Josephson结动力学,高频应用以及近几年发展起来的结型器件在量子计算中的应用研究正在广泛而深入地进行之中。本征结是由天然的高温超导材料Bi2Sr2CaCu2O8+x制备而成,在制备过程中,由于其具有一定的可控性,稳定性,并且有着良好的高频响应特性,因此,本征结的应用前景十分广泛,是国际上研究的热点之一。
由Bi2Sr2CaCu2O8+x 制备本征结及其特性研究是我硕士阶段主要研究课题,经过两年多的努力,做了以下几个方面的工作,并取得了一定的成果:
(1)在传统的制备工艺的基础上,研究了影响成功率的几个条件。通过反复实验比较,总结出提高成功率的一些方法。同时,对本征结的I-V,Is—T等电输运特性进行了详细的分析和讨论。
(2)采用了一种制备本征结的新方法—酸刻法制备本征结,并成功制备出高质量的结,同时提高了实验成功率,通过控制盐酸的浓度以及浸泡时间实现对结数目的精确控制。研究了反应层的z轴平均高度和mesa高度以及结数目的关系。
(3)采用低能离子刻蚀,实现了每分钟一个结的刻蚀速度。利用台阶仪实现对膜厚和刻蚀速率的精确测量。利用以上两个手段,实现了常规本征结结数目的控制。利用结数目控制技术,实现了任意结个数的本征结的制备,并对单个本征的电特性做了分析,同时,还对制备过程中出现的表面结做了分析。
(4)本征结在亚毫米波段及远红外波段的应用。采用了常规和超薄单晶基底两种制备工艺,采用准光学系统以加强本征结和信号源的耦合,以期实现少数几个结的 THz 波段的高频响应。
按照论文的章节顺序简单介绍本论文的内容:
在前言中,本文对高温超导电性做了简单的介绍,并就高温超导 Josephson 结的种类,结的特性以及应用等方面做了概述。
我们在第二章中系统的介绍了本征结的制备工艺。其中包括常规制备工艺,酸刻法制备本征结,双面制备工艺和基于超薄单晶基底的本征结制备工艺。分析它们的优缺点,并列出图表分析。
在第三章中,我们对本征结的电输运特性做了详细的分析:包括对结的I-V,R—T以及Ic—T特性曲线的分析。分析并介绍了临界电流的测量方法,单结本征结的制备,表面结的特性以及热效应。分析了制备过程中出现的问题,总结了影响成功率和可重复性的几点因素,对出现的反常现象做了进一步的分析研究。由于热效应,结内部磁通运动的综合影响,临界电流温度曲线出现了奇异的特性,文中进行了简单的描述和讨论。
最后对本人硕士期间的工作进行了阶段性的总结,并介绍了进一步需要开展的研究。