【摘 要】
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利用紫外曝光、反应离子刻蚀和电子束曝光等微加工技术制备了介观周期孔阵列超导Nb膜样品,并进行了电磁输运测量研究了介观尺度周期性孔阵列Nb薄膜的量子受限现象。主要工作包
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利用紫外曝光、反应离子刻蚀和电子束曝光等微加工技术制备了介观周期孔阵列超导Nb膜样品,并进行了电磁输运测量研究了介观尺度周期性孔阵列Nb薄膜的量子受限现象。主要工作包含以下几个方面: 首先,通过微加工技术,得到了曝光时间、显影定影时间、电压和光阑以及刻蚀时间的最佳参数,并制备了矩形、蜂窝和kagomé周期性孔阵列的Nb膜样品。 其次,通过对周期性孔矩形阵列超导Nb薄膜样品进行超导转变温度和磁阻振荡的测量,观察其中的量子现象,得到以下结论: (1)矩形阵列样品的电阻随孔径的变大而增大,因为孔径变大相对于间隙区Nb膜的横截面积变小使其电阻增大;电阻是依赖温度和电流的,随着温度和电流的升高会影响超导Cooper对之间的相互干涉作用,从而破坏超导态使电阻增大。 (2)在矩形阵列中形成了类似约瑟夫森结的结构,宽间隙区的超导Cooper对先互相干涉形成一个亚稳态,随着温度的继续降低,才会突破势垒使窄间隙区的超导Cooper对相互干涉,从而使整个Nb膜转变为超导态。 (3)观察到匹配效应的存在,在超过第二匹配场之后,由于磁场的升高磁通进入间隙区破坏超导态使电阻增大,矩形阵列的饱和磁通量子数为2。 最后,对制备的两种稀释的三角周期性孔阵列进行了输运性质的测量,观察其中的量子现象。得到以下结论: (1)在蜂窝结构和kagomé结构中也发现了匹配效应的存在。不同于矩形阵列的是,在磁场高于第三匹配场的时候,间隙区才会进入磁通,破坏Nb膜的超导态,所以这两种三角阵列的饱和磁通数量子数为3。分析其原因是,三角结构的孔的饱和磁通数较大,蜂窝和kagomé结构的磁阻曲线中细节更加明显。 (2)通过分析第一匹配场的磁阻曲线,发现在f=Φ/Φ0=1/4,1/3,1/2,2/3和3/4处都有一些极值的存在(Φ为磁通量,Φ0为一个磁通量子)。蜂窝结构中全部都是极小值;而kagomé结构中只在f=1/2的时候为极大值,其它也都是极小值。与文献中蜂窝结构中的分数匹配效应相比,样品的极小值出现的更多。kagomé结构中的分数匹配效应和T3网络结构中的类似,在f=1/4,1/3,2/3和3/4处,超导体中的序参量形成关联,全磁通超流构成有序排布,从而均为极小值;而在f=1/2处,由于阻挫,序参量之间没法形成长程关联,所以出现了电阻的极大值现象。
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