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采用稳定的本征约瑟夫森结制备工艺,在Bi2Sr2CaCu2O8+δ单晶表面得到了理想的内部结和表面结。在真空中低温原位解理单晶,同时快速蒸发金膜,很大程度避免或减小了在制备过程中对表层CuO2面超导电性的破坏,表面结的超导转变温度Tc和临界电流密度Jc比已有的报道有大幅的提高,同时临界电流随温度的变化与内部结行为相同。调节金膜的蒸发速度,制备出不同参数的表面结,研究这些结的性质并得到以下结果:
1.表面结的直流和交流约瑟夫森效应
在磁场作用下,临界电流随磁场增加而线性减小,并且有微弱的振荡现象;观察到约瑟夫森电流与隧道谐振模耦合产生的Fiske台阶,实验得到的Swihart速率-c=7.2×105 m/s,与理论计算的6.7×105 m/s相当吻合;微波响应方面,利用脉冲电流在结中产生磁通后,I-V曲线上出现清晰的Shapiro台阶,台阶的位置满足Josephson关系,幅度随功率的变化与Bessel曲线很好地吻合,这种理想的情况在没有磁通存在时很少出现。
2.亚微米表面结的宏观量子隧穿效应
用临界电流密度Jc≈100 A/cm2的亚微米表面结,成功地解决了约瑟夫森电流分布不均匀和热效应影响的问题,清楚地观察到了宏观量子隧穿现象。
3.材料表面磁通的各种状态和性质
在固定温度下变化磁场,观察到磁通进入超导体的过程,由此实现测量穿透场的一种方法;在改变磁场和温度的研究中,发现临界电流在20 K和40—50 K附近分别经历两个转变,它们是钉扎和热涨落共同作用的结果。研究不同转变温度和临界电流的表面结,发现第一转变对应集体钉扎减弱、表面结两电极中磁通饼在磁场压力下的错开,而第二转变则对应于表面层中缺陷钉扎力的减弱,因此相对于第一转变来说,第二转变更敏感地依赖于材料表面的缺陷和钉扎情况。研究还同时发现在微波场中台阶的形状在不同的磁通结构下有很大的差异。