研究目的
研究磁通钉扎对带有超导磁通集中器(SFC)的曲折形超导量子干涉滤波器(SQIFs)直流特性的影响,特别是在无屏蔽环境中的表现,并建立模型以理解和重现由磁通钉扎导致的SQIF响应退化现象。
研究成果
在零场冷却条件下,加入SFC可使SQIF传递因子提高8.4倍;但场冷却过程中的磁通钉扎会降低响应性能,削弱对称性、振幅及传递因子。所开发的模型成功复现了这些效应,凸显出零场冷却对于无屏蔽等严苛环境下实现最佳性能的重要性。
研究不足
该研究仅限于直流特性,未涉及射频性能或噪声水平。该模型为唯象模型,可能无法完全捕捉所有物理效应,例如在高冷却场下超导量子干涉滤波器(SQIF)本身存在的非均匀磁通钉扎现象。实验是在特定装置中进行的,不同几何结构或材料可能导致结果有所差异。
1:实验设计与方法选择:
本研究通过离子辐照YBCO薄膜,设计并制备了两种SQIF天线(一种含SFC,一种不含)。实验装置包括在受控磁?。ɡ淙闯0)下冷却器件,并在最佳偏置电流和温度条件下测量直流电压响应(V)随施加磁?。˙1)的变化关系?;诩负谓峁购痛磐ǘぴв⒘讼窒笱P屠茨D釹QIF响应。
2:样品选择与数据来源:
SQIF天线在同一晶圆上采用150纳米厚YBCO层及金覆盖层制备。通过测量电阻-温度特性、V-I特性以及不同冷却场下的磁响应对样品进行表征。
3:实验设备与材料清单:
设备包括吉福德-麦克马洪型低温制冷机、温控器、数字微伏计、低噪声电流源、磁场线圈、真空腔室;材料包含YBCO薄膜、金层、光刻胶(PMMA、SPR700)及离子辐照源(O+离子)。
4:实验流程与操作步骤:
流程包括在特定B0下冷却SQIF,加热重置磁历史,并在最佳工作点(Iopt, Topt)获取V(B1)曲线。该过程在B0从-120μT至100μT范围内重复进行。
5:数据分析方法:
数据分析包括提取反峰幅度、传递因子(V(B1)斜率)及半高全宽(FWHM)。采用余弦函数分解和最小二乘拟合模型重现实验响应。
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cryocooler
Gifford Mc-Mahon
Used to cool the experimental setup to temperatures between 30 K and 120 K for superconducting operations.
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digital microvoltmeter
Measures the mean output voltage from the SQIF antenna during experiments.
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current source
low noise
Provides bias current for the SQIF and generates magnetic field via the bias coil.
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ion beam etching system
Used for removing the gold layer from the YBCO film during sample preparation.
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secondary ion mass spectrometry
SIMS
Used for in situ control to stop the etching process at the Au/YBCO interface.
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electron beam lithography system
Used to pattern the junction slits in the resist during sample fabrication.
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temperature controller
PID
Controls the temperature of the setup using resistive heaters and a sensor.
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vacuum chamber
Houses the experimental setup and allows for unshielded measurements.
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