若干约瑟夫森结系统的涡旋动力学

摘要

本文主要研究层状超导体的本征约瑟夫森结和二维约瑟夫森结阵列的涡旋动力学。主要集中于以下几方面工作:
　　 首先,我们研究层状超导体的约瑟夫森相位。调制约瑟夫森临界电流可以改变层状超导体的约瑟夫森相位。我们给出一个了耦合sine—Gordon方程的统一解,可以描述各层同相时的约瑟夫森相位。利用这个统一解我们研究了层状超导系统的共振行为,并对共振峰的宽度高度进行了计算。
　　 其次,我们从理论上研究了有外磁场时,BSCCO辐射太赫兹电磁波的机制。提出了一个小尺寸系统的功率计算方法。辐射的总功率正比于超导体的层数和频率的平方。小尺寸极限下,辐射能量的角分布与电偶极辐射的角分布相同。计算得到的输出功率与实验结果在同一个数量级,调和了以往的实验和数值理论上的分歧。通过分析功率谱我们发现了一系列的本征频率。当外加电流诱导的频率与本征频率相同时,辐射功率极大增强,形成共振辐射。
　　 我们还数值研究了二维约瑟夫森结阵列的棘轮效应。直流驱动、低磁场情况下,可以看到涡旋晶格的形变。交流驱动时,整流电压正比于不同方向直流的电压之差；在f=0.15,0.33和0.5的位置可以观察到电流反转。我们也研究了系统的电压电流特性,并发现了横向的棘轮效应,该效应可以用来实现涡旋流放大器件。
　　 最后,我们简要的讨论了JJA系统中反常能斯特效应与磁通运动可逆性的问题。接近f=1／2时,正涡旋不能自由运动,而热激发产生的负涡旋可以运动,总效果等于空穴在正涡旋f=1／2的基态晶格背景中运动,表现为反常能斯特效应。引入无序后,低磁场区域也可以观察到类似的反常能斯特效应。磁通运动是过阻尼运动,在周期驱动力作用下,运动可以呈现可逆与非可逆两种形式。我们用分子动力学方法分析了不可逆运动的形成因为,并给出了相图。

目录

文摘

英文文摘

插图和附表清单

1 绪论

1.1 超导电性

1.2 磁通涡旋

1.3 磁通动力学

1.4 约瑟夫森结

1.5 超导THz器件

1.6 本文主要讨论的问题

2 耦合sine-Gordon方程的统一解

2.1 层状超导体的耦合sine-Gordon方程

2.2 调制sine-Goldon方程.

2.3 调制sine-Gordon方程的统一解

2.4 边界条件

2.5 与精确解的数值结果对比

2.6 共振辐射的性质与条件

2.7 误差以及适用条件分析

3 BSCCO的THz辐射

3.1 辐射功率与边界条件

3.2 数值模拟

3.3 磁通涡旋与电磁辐射功率及稳定性

3.4 辐射的频谱分析

4 涡旋调控与约瑟夫森结阵列

4.1 RSJ模型

4.2 直流棘轮效应

4.3 交流棘轮效应

4.4 涡旋流放大电路

4.5 其他形式的棘轮效应

5 反常能斯特现象与磁通运动可逆性.

5.1 超导能斯特效应

5.2 涡旋运动的可逆性

附录1

参考文献

攻博期间发表论文