准一维双连通A1超导体的低温物性研究

摘要

探索低维超导系统的新量子现象一直是凝聚态物理研究的重要方向。作为最近发展起来的一类很特别的低维量子体系，具有双连通结构的准一维超导体系的直径(d)通常与其超导特征尺寸—如绝对零度下的超导相干长度ξ(0）和穿透深度λ（0)—相似或更小，因而有独特的物理性能和丰富的科学内涵。许多物理和材料学家已投身于准一维双连通超导体系超导电性研究中，该研究已成为近年来国际上一个新的研究热点。但是，该类体系的量子相变机理、破坏性区域本质和相分离现象的起源等许多关键基础问题一直没能得到很好解决。在前人研究的基础上，本论文从实验上深入探讨以细长石英丝作为衬底的空心Al圆柱体在小直径（d＜ξ(0)）时的超导电性、破坏区附近的各种量子相变性质和量子相变机理，进而揭示准一维体系的量子相变机理和一些可能的新实验现象。 首先，我们采用高真空360度全方位旋转镀膜方式给我们用手工方法制备出石英丝蒸镀Al膜，通过SEM和TEM表征，石英丝的直径范围在100-300nm之间，Al膜的厚度为30-40nm，Al颗粒的大小为40±10nm，丝的长度至少为500μm。随后，我们将石英丝放在300nm厚度的SiO2片上制作出4-6个金电极并且连接上金线作为引线，为了接触良好，我们用银胶对电接触点进行了加固。 其次，我们在低温环境(15mk-1000mk)下对不同的直径的样品分别测量了样品在固定磁场下电阻随温度的特性，不同温度下电阻随外加轴向磁场的特性以及电流电压特性。为了确保得到更好的测量结果，我们对整个系统进行了有效地屏蔽和接地工作，并且添加了Filter过滤板子。 最后，我们根据测量结果发现，在Φ=±1/2Φ0处确实存在电阻峰值，即验证了由于长程量子相位相干破坏而出现的de Gennes破坏区现象。在量子临界点附近从超导相到正常相转变的过程中，我们也观察到了理论预言的由于超导量子涨落引起的正常态的电导修正为正的经典区，而且根据测得数据分析，我们也有可能观察到了电导修正为负的量子区域，但对这个现象本质的理解还需要更进一步的实验验证和理论学习。

目录

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致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 超导物理的基本概念

1．2 小超导体系的相关物理概念

1．3 准一维超导体系的研究进展

1．4 本论文的选题依据和主要内容

第2章 准一维双连通Al超导体的制备表征

2．1 样品制备平台

2．2 样品制备过程

2．3 样品表征结果与讨论

2．4 本章小结

第3章 低温测量系统与测量技术

3．1 制冷系统、降温、接地和屏蔽

3．2 测量模式

3．3 实验测量技术的改进和测试

3．4 本章小结

第4章 准一维双连通Al超导体的低温物性研究

4．1 破坏性区域的电阻特性研究

4．2 破坏性区域的I-V特性研究

4．3 量子临界点附近区域的热激发相移的探讨

4．4 本章小结

第5章 准一维双连通Al超导体量子相变的初步研究

5．1 库珀对破坏参量的定义及物理意义

5．2 在量子临界点附近由超导量子涨落引起的电导修正理论

5．3 准一维双连通Al超导体通过量子相变过程的初步表征

5．4 本章小结

第6章 总结

参考文献