一、对Josephson效应I-V特性的理论研究（论文文献综述）
仝玮[1]（2021）在《大型超导装置失超保护系统换流回路及其关键问题研究》文中研究表明大型超导装置失超保护系统是聚变堆主机关键系统综合研究设施CRAFT（Comprehensive Research Facility for Fusion Technology）项目的核心研究内容之一。本文根据CRAFT超导磁体测试平台对失超保护系统提出的100 kA/10 kV双向直流分断及10 GJ能量耗散要求,进行了系统超大容量换流方案的研究与设计。基于超大电流失超保护回路换流稳定性、分断可靠性等要求提出了真空开关百千安级直流开断换流回路多目标优化方法,并成功研制了可应用于聚变领域极端脉冲工况下的固态开关及脉冲电抗器。本文首先深入研究了国内外各超导装置失超保护系统及直流电网中直流开关换流设计方案。针对失超保护系统的大电流双向开断要求,提出采用新型H桥结构的换流回路拓扑的设计方案,提升系统性能的同时有效降低了其研制难度。基于系统中各作用单元的动作时序分析,详细剖析新型拓扑结构下的回路换流暂态过程,为后文研究内容提供了理论研究支撑。然后基于系统换流过程暂态分析及真空电弧燃弧及弧后介质恢复过程研究,针对百千安级直流开断工况,首次分析研究了换流回路参数对系统主回路真空开关分断后介质恢复过程的影响。充分考虑真空开关弧后介质恢复能力以及分断速度和设备研制成本,提出了换流回路多目标参数优化方法。在保障主回路成功开断的基础上,提高了开断速度与回路研制的性价比。接着针对系统换流回路130 kA脉冲工况,研制了换流回路触发单元-晶闸管开关。通过对多型号器件温升的Cauer热路模型模拟,对回路器件进行了初步选型及串联结构设计。基于脉冲工况下晶闸管关断过电压分析,创新性提出了脉冲工况下缓冲电路参数优化方法,可安全有效提升其恢复电压抑制能力。通过实验对比不同类型晶闸管器件关断性能,为未来不同应用工况下固态开关器件选型提供借鉴。此外,针对换流回路中高频脉冲电流下的强电磁应力,分析了脉冲电抗器线圈结构及电感电阻频率特性,研制了新型高寿命干式空心脉冲电抗器。基于放电过程中电抗器强磁场分析,对电抗器进行了邻近空间磁场、线圈电磁载荷及电磁-结构耦合仿真,创新性优化了线圈端部设计,将线圈端部所受等效应力降低至优化前的47%,有效的提高了电抗器性能。针对其高寿命要求,对超高脉冲工况下电抗器进行了疲劳分析,仿真结果符合寿命要求。最后对研制的换流回路进行了功能实验及与真空开关配合100 kA分断实验。验证了所应用的新型拓扑结构,提出的参数优化方法的有效性及研制的固态开关和脉冲电抗器涉及的可靠性,表明研制的换流回路能够完全满足CRAFT失超保护系统的运行要求。本文的研究可为聚变装置中超导磁体提供安全可靠的失超保护,保障磁体在在极端工况下安全运行,并为未来聚变堆的发展提供了有力的辅助支撑。
杨飞[2]（2021）在《非平衡动力学：从二维材料自旋动力学到超导体的电磁响应》文中研究表明运用微观动力学方程的等时非平衡格林函数方法,本论文首先从自旋电子学领域中的动力学自旋Bloch方程入手,研究二维材料中的自旋动力学作为引子。之后,进入到本论文的主体部分—超导领域,建立被我们称为“规范不变动力学方程”的动力学理论以研究超导体丰富的电磁响应性质。在引子部分,通过采用动力学自旋Bloch方程,我们研究了双层过渡金属硫属化物中空穴的自旋动力学,包括Rashba自旋轨道耦合影响下K和K’谷空穴自旋的弛豫和扩散。由于双层材料的特性,我们发现两谷的面外自旋呈现出不同的弛豫（扩散）过程。特别地,在大自旋极化的弛豫（扩散）过程中,我们发现,两谷中原本相同的空穴浓度随着时间演化（沿着扩散方向）发生了破缺,从而产生了非平衡（稳态）谷极化。在主体部分,我们进入到超导领域,首先研究了平衡态中平移对称破缺超导体系内的超导电性,之后,我们重点探讨了非平衡动力学中超导体的电磁响应性质。平衡态的研究以Gorkov方程为基础。我们首先从对称性的角度,讨论了平移对称破缺后,实现非常规Cooper对的要求。基于对称性分析,我们指出,通过将自旋轨道耦合量子阱与平移对称破缺s-波超导体近邻耦合,所有四种对称性类型（偶频单态、奇频单态、偶频三态和奇频三态）的Cooper对均会在量子阱中出现。而量子阱中库仑相互作用的自能以及不可避免的plasmon效应,则可以诱导出全部四种对称性的超导序参量。之后,我们讨论了在自旋轨道耦合s-波超导体中,利用磁场的Zeeman效应破缺掉平移对称性（产生出Cooper对质心动量）的可能。我们发现,磁场会导致两种具有Cooper对质心动量的超导相:小场下的drift-BCS态和大场下的Fulde-Ferrell态,前者中的Cooper对质心动量源于能带扭曲,后者与传统Fulde-Ferrell态类似。在处理非平衡性质时,Gorkov方程中格林函数涉及到的信息因为过于庞大从而有着很大的计算难度。针对这一问题,需要衍生出用于处理非平衡物理的微观动力学方程。为此,我们首先采用Yu和Wu建立的规范不变光学Bloc方程方法,研究了手征p-波超导态的反常霍尔效应。我们展示反常霍尔效应的内禀通道因为伽利略不变性而为零,但杂质散射可以诱导出外禀通道。与文献中Kubo费曼图方法给出的线性响应的偏转散射通道相比,我们除了为这一通道提供微观动力学描述外,还揭示出一个新的通道:非线性激发导致的低阶Born贡献,后者在弱杂质相互作用体系占据主导。之后,我们发展了规范不变光学Bloch方程,使其囊括进完整的电磁效应和超流动力学,由此建立起超导体规范不变动力学方程。我们首先证明规范不变动力学方程满足超导体中的Nambu规范结构,因而自然地满足电荷守恒。紧接着,通过规范不变动力学方程,我们讨论了静磁响应和低频光学响应中的电流激发。除了恢复出文献中为人熟知的结果（包括静磁响应中的Meissner超流和Ginzburg-Landau方程以及低频光学响应中的二流体模型）外,我们发现,只有当电磁场激发出的超流速度超过某一阈值时,体系中才会出现正常流体和散射。特别地,我们指出,超流体和正常流体的电流之间存在摩擦。由于这种摩擦,部分超流体具有了黏滞性。我们因而提出了超导体的三流体模型:正常流体、有黏滞的超流体和无黏滞的超流体,以此来描述超导态的电磁响应。基于三流体模型,我们揭示出丰富的物理行为,包括静磁响应中隧穿深度受散射影响的原因、修正的Ginzburg-Landau方程和同时具有非零能隙和非零电阻的热力学相、以及低频光学响应中由三流体模型描述的光电导。随后,我们展示,规范不变动力学方程提供了一套有效的方法,能够不分伯仲地计算超导体集体激发Nambu-Goldstone模和Higgs模的电磁响应。基于规范不变动力学方程,我们除了恢复出文献中关于这两种集体激发的线性响应的传统结果外,还指出Higgs模的二阶响应完全归因于驱动效应（包括光电场驱动效应和磁矢势抗磁效应）而非文献中广泛认定的磁矢势顺磁效应。同时,我们推得了 Nambu-Goldstone模非零的二阶光学响应,并且发现,由于电荷守恒恒的保护,这一响应可以避免Anderson-Higgs机制的影响从而能够被有效激发。为此我们还提出了一个可能的实验探测方案。接下来,我们展示,规范不变动力学方程提供了一套有效的办法处理散射效应。基于规范不变动力学方程,我们发现,在线性区,散射造成的光吸收可以很好地描述实验上在正常趋肤区脏超导样品中观测到的光学特征。而在二阶区我们指出,散射效应在Higgs模的光学响应信号中造成一个相移,并且该相移在ω=|Δ|处会展现出π跳跃。此外,我们还指出,杂质散射可以在光脉冲结束后造成Higgs模激发的衰减行为。综上,规范不变动力学方程不仅同时囊括了正常流体和超流体的动力学描述,且作为一套规范不变理论,这套方程既能够计算磁场响应也可以处理光学响应,并且可以用于线性响应和非线性响应的研究。由于规范不变性,规范不变动力学方程得以保证对电磁学性质非常关键的电荷守恒。同时,规范不变动力学方程还能够处理超导体中各样集体激发的电磁响应。此外,得益于等时非平衡格林函数方法,我们在规范不变动力学方程构造了完整的微观散射项,因而可以阐述散射效应的影响。除了恢复出许多文献中众所周知的结果外,我们还揭示出超导体电磁响应中更为丰富的物理。所以,规范不变动力学方程实际上提供了一套有效的方法研究/计算超导体的非平衡动力学行为和电磁响应性质,我们因而展望这套方程能够在超导领域揭示更多的丰富物理。最后,我们探索性地将规范不变动力学方程的方法应用到d-波超导体系Higgs模的研究中,以推导呼吸Higgs模和d-波序参量体系独有的旋转Higgs模能谱的解析表达式,并探讨他们的动力学性质包括光学响应、磁场响应以及最近实验上较为关心的赝能隙相中负的热霍尔信号。本论文内容多为解析研究。为方便阅读,正文中只呈现具体的模型和推导后的结果以及图像性的分析,冗长的推导细节则被置于十个附录中。以下,是具体的章节摘要。引子部分,从第1章到第2章,我们研究了双层过渡金属硫属化物中空穴的自旋动力学。在第1章中,我们首先介绍了二维材料单双层过渡金属硫属化物,以及这类材料中谷动力学（包括自由载流子的谷霍尔效应,激子的谷极化和去谷极化机制）和自旋电子学（包括自旋的注入和探测、时间域自旋弛豫的主要机制,以及理解空间域自旋扩散的模型）的研究进展。特别地,在双层过渡金属硫属化物中,得益于材料特性,K和K’谷的空穴不仅可以通过自旋-层锁定效应实现自旋在实空间的分离,还可以利用手征光学选择定则激发自旋极化。该二维体系因而为探索自旋动力学提供一个理想的平台,并在自旋电子学领域展现出可能的应用前景。由此,理解这一类材料中空穴自旋的弛豫和扩散行为成为了亟待研究的问题。针对这一问题,在第2章中,我们首先介绍自旋电子学领域中的动力学自旋Bloch方程。动力学自旋Bloch方程,是Wu基于等时非平衡格林函数方法将半导体中的光学Bloch方程推广到自旋空间建立和发展起来的。它不仅包含了微观散射效应,还可以处理多体效应。运用动力学自旋Bloch方程,我们研究了双层过渡金属硫属化物中K和K’谷空穴的自旋动力学。考虑到实验上对空穴浓度的电学调控,我们讨论了门电压诱导的Rashba自旋轨道耦合对自旋弛豫和扩散的影响。相比传统的面内形式,双层过渡金属硫属化物中的Rashba自旋轨道耦合多出一个谷依赖的面外分量,从而提供了一个在K和K’谷方向相反的类Zeeman场,由此造成了丰富的自旋动力学行为。对于自旋弛豫,在谷间空穴-声子散射作用下,类Zeeman场为面内自旋打开了一个谷间弛豫通道,其主导了面内自旋的弛豫。对于面外自旋极化,类Zeeman场会与Hartree-Fock有效磁场叠加,后者在两谷方向相同。由此,K和K’谷呈现出不同的总有效磁场强度,从而导致两谷具有不同的自旋弛豫时间。提高温度/浓度以增强谷间空穴-声子散射能够极大地抑制两谷自旋弛豫时间的不同。有意思的是,在大自旋极化的弛豫过程中,我们发现,两谷中原本相同的空穴浓度随着时间演化发生了破缺,致使体系中诱导出谷极化。根据我们的计算,在自旋极化为60%时,这种非平衡谷极化能够超过1%且能持续数百ps,因而有很大可能被实验观测。双层过渡金属硫属化物中的谷内系统,实际上为Zeeman场存在下的Rashba自旋轨道耦合体系。从微观层面研究这一经典体系的自旋扩散无疑具有重要意义,但文献中鲜有对此的研究报道。我们发现,在单谷中,通过调节该谷的总有效磁场强度,面外自旋的扩散行为可以分为四个区域。在不同的区域,自旋扩散长度展现出不同散射、总有效磁场强度和自旋轨道耦合强度的依赖。由于K和K’谷具有不同的总有效磁场强度,两谷因而展现出不同的自旋扩散长度。增强谷间空穴-声子散射则可以抑制两谷自旋扩散长度的不同。此外,在单边固定的大的面外自旋注入下,我们发现,体系沿着扩散方向会建立起稳态的谷极化,与时间域谷极化的产生机制相同。然而,时间域的谷极化会随着谷内散射的增强而减弱,但空间域产生的谷极化能够通过增加杂质浓度来加强。主体部分,从第3章到第11章,我们进入到超导领域,首先研究了平衡态中平移对称破缺超导体系内的超导电性,之后,我们重点探讨了非平衡动力学中超导体的电磁响应性质。针对平衡态的研究,在第3章中,我们首先介绍了 Cooper对的四种对称性分类:偶频单态、奇频单态、偶频三态和奇频三态,以及在空间均匀体系实现后三类非常规Cooper对所需要的对称性破缺。但体系中非常规Cooper对的存在并不能保证非常规超导序参量的产生,这是因为非常规超导电性的产生往往还对配对势的对称性有特殊的要求。之后,我们介绍了超导体中两点格林函数所满足的基本方程:Gorkov方程。该方程包含了体系中所有的信息,所以可作为研究和计算超导态性质的出发点。运用平衡态Gorkov方程,我们介绍了一些可能实现非常规Cooper对/超导电性的具体材料和体系,包括与铁磁体近邻耦合的常规超导体、非中心反演对称的非常规超导体,具有自旋轨道耦合的常规超导体、目前广受争议的非常规超导体Sr2RuO4,和可能具有p-波吸引势的重费米子超导材料。紧接着,我们介绍了在均匀超导体中利用Zeeman效应自发破缺掉平移对称性（产生出Cooper对质心动量）的可能,即Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov（FFLO）态。但在各向同性体系中,旋转对称性的自发破缺不利于FFLO态对抗杂质缺陷和热力学涨落。为此,文献中指出,在Zeeman效应作用下,利用自旋轨道耦合造成体系的各向异性,能够使Cooper对质心动量以最优化形成来保证FFLO态的稳定,我们综述了文献中对此的理论进展。在第4章中,运用平衡态Gorkov方程,我们研究了平移对称破缺后,非常规Cooper对和序参量的实现。我们首先从对称性的角度,讨论了平移对称破缺后,实现非常规Cooper对的要求。我们发现,与传统的空间均匀体系中的要求相比,原本难以实现的奇频单态Cooper对在平移对称破缺后会固有地存在,并且平移对称破缺后,只需破缺掉自旋旋转对称性即可实现偶频三态和奇频三态Cooper对。由此我们指出,通过将自旋轨道耦合量子阱与平移对称破缺s-波超导体近邻耦合,所有四种对称性类型的Cooper对均会在量子阱中出现。在此基础上,通过考虑库仑相互作用的自能以及二维体系中不可避免的plasmon效应计算量子阱中的超导序参量,我们展示体系中可以实现全部四种对称性的超导电性。为具体说明这一情况,我们考虑了与处于FFLO相或存在超流的s-波超导体近邻耦合的InSb（110）量子阱,并推导了四种超导序参量的解析表达式。得益于材料特性,我们推得了s-波的偶频单态序参量、p-波的奇频单态序参量、p-波偶频三态的序参量、以及d-波的奇频三态序参量。特别地,在合适浓度下,常规的s波序参量会受到抑制,此时非常规序参量会占据主导,从而利于实验上的探测。在第5章中,我们研究了自旋轨道耦合s-波超导体中的Fulde-Ferrell态。不同于文献中求解多变量极值的全数值理论工作,我们运用平衡态Gorkov方程解析上求解反常格林函数来得到能隙方程,然后,通过求解基态能关于单个参数即Cooper对质心动量的最小值来确定超导态性质,由此可以对超导态的微观性质进行详细讨论。我们发现,在自旋轨道耦合s-波超导体中,外加磁场可以诱导出两种具有Cooper对质心动量的超导相。具体地,在小磁场下,电子能谱的扭曲可以诱导出Cooper对质心动量,但体系中不存在反常关联消失的非配对区。我们将这一超导相称为drift-BCS态。将磁场进一步增大至某一临界点,体系中出现了非配对区,从而落入Fulde-Ferrell态。我们发现,在临界点附近,质心动量会突然增加,并且序参量会急剧减小,表明体系发生了一级相变。此外,我们还发现了由自旋轨道耦合翻转项导致的Pauli极限的增强,以及因此而造成的存在Fulde-Ferrell态磁场区域的扩大。最后,我们还讨论了自旋轨道耦合诱导的三态Cooper对,并展示Cooper对自旋极化在drift-BCS态和Fulde-Ferrell态呈现出完全不同的磁场依赖,从而为实验上区分两种超导相提供了一种可能的方案。从第6章到第11章,我们从非平衡动力学的角度研究了超导体丰富的电磁响应性质。在第6章中,我们首先介绍最早由Nambu提出的超导体规范结构,以及超导态中规范不变与电荷守恒等价的证明。紧接着,我们介绍了超导体中各样的集体激发,包括Nambu-Goldstone模（序参量相位涨落）和相关的Anderson-Higgs机制、Legget t模（两带超导体中两带序参量相位差涨落）、Tc附近的Nambu-Goldstone模:Carlson-Goldman模、Higgs模（序参量模值涨落）,以及Bardasis-Schrieffer模（轨道角动量不同于平衡态序参量的序参量模值涨落）。此外,我们还介绍了超导体中杂质效应对平衡态的影响:Anderson定理。之后,我们综述了超导体对电磁响应特别是对THz光场响应的实验和理论研究进展。具体地,相关的实验进展包括静磁响应中的Meissner效应,早期用于实验分析的宏观Ginzburg-Landau唯象理论、低频光学响应中由唯象二流体模型描述的光电导行为、还有THz频率范围内,反常和正常趋肤区超导体中不同的光吸收行为、非线性光学响应中的Higgs模激发和相关信号相位的π跃变、以及两带超导体内非线性光学响应中的Leggett模激发。在理论方面的综述中,我们指出,一套完整的电磁响应理论上应当满足如下的四个条件:（ⅰ）既能够计算磁场响应也可以处理光学响应,并且可以用于线性响应和非线性响应的研究,即必须完整地囊括由电场E所致和直接由磁矢势A造成的电磁效应;（ⅱ）能够自恰地推导出超导体内各样集体激发的电磁响应;（ⅲ）能够计算不可避免的散射效应;（ⅳ）应当是规范不变的,即满足Nambu提出的超导体规范结构,这点在超导体中尤为重要。然而,相比于超导领域在过去数十年间不断增加的丰富的实验现象,超导体电磁响应的微观理论,尽管在BCS超导电性理论的框架下已经经过了五十多年的发展,但文献中建立起的各样的理论,包括基于Kubo流流关联推出的反常趋肤区的Mattis-Bardeen理论、Anderson赝自旋图景下推出的Liouville和Bloch方程,半经典的准粒子Boltzmann方程、准经典近似框架下使用τ3-格林函数从Gorkov方程中推出的Eilenberger和Usadel方程、Yu和Wu在等时近似下使用τ0-格林函数建立起的规范不变光学Bloch方程,均无法满足上述全部条件,从而存有一定的不足。在第7章中,我们首先采用规范不变光学Bloch方程方法,讨论了手征p-波超导态的反常霍尔效应。我们证明内禀反常霍尔电导因为伽利略不变性为零,而杂质散射可以诱导出非零的外禀反常霍尔电导。与文献中Kubo费曼图方法给出的线性响应的偏转散射通道相比,我们除了为这一通道提供微观动力学描述外,还揭示出一个新的通道:非线性激发导致的低阶Born贡献。因为难以在准经典方法中处理准粒子关联或在Kubo费曼图方法中囊括非线性效应,这一新的通道在文献中被长期忽视掉了,但该通道在弱杂质相互作用体系会主导反常霍尔电导的产生。最后,受实验上在“金属/铁磁体/超导体”结中观测到的序参量和交换场的隧穿效应的启发,我们还讨论了存在空间依赖磁场时的情况,此时空间平移对称即伽利略不变性的破缺使得内禀反常霍尔电导不再为零。在第8章中,我们发展了规范不变光学Bloch方程,使其囊括进完整的电磁效应和超流动力学,由此建立起超导体规范不变动力学方程。从基本物理出发,我们首先证明,规范不变动力学方程满足Nambu规范结构,因而自然地满足电荷守恒。紧接着,通过使用规范不变动力学方程,我们关注静磁响应和低频光学响应中的电流激发。我们指出,只有当电磁场激发出的超流速度υs超过阈值υL=|Δ|/kF时,体系中才会出现正常流体和散射。有意思的是,我们发现超流体和正常流体电流之间存在摩擦。由于这种摩擦,部分超流体具有了黏滞性,由此我们提出了超导体系在υs>υL时的三流体模型:正常流体、有黏滞的超流体和无黏滞的超流体,以此来描述超导态的电磁响应。对于静磁响应,当υs<υL只存在超流体时,我们严格地恢复出了Meissner超流,并且能隙方程在相变温度附近可以严格约化为Ginzburg-Landau方程。当υs>υL时,静磁响应电流由三流体模型描述。特别地,与超流体中直接被磁通激发出Meissner超流不同,正常流体虽然不受磁通驱动,但在上述提到的与超流体电流的摩擦带动下,正常流体中也会诱导出电流。此时,正常流体电流和有黏滞的超流体电流的存在,使得隧穿深度受到了散射的影响。此外,我们还预言了一个同时具有非零能隙和非零电阻的热力学相。对于光学响应,规范不变动力学方程计算出的正常流体电流呈现出Drude模型行为,而超流体电流包括Meissner超流部分和Bogoliubov准粒子流部分。这样,在低温下,我们严格恢复出了文献中的二流体模型。然而,我们展示,超流体和正常流体的电流之间存在摩擦,使得光电导行为由三流体模型描述。在第9章中,我们展示,规范不变动力学方程提供了一套有效的方法,能够不分伯仲地计算超导体集体激发Nambu-Goldstone模和Higgs模的电磁响应。我们讨论了两种集体激发在线性区和二阶区的光学响应。我们发现,Higgs模的线性响应会在长波极限下消失,因此不在光学实验中显现。而Nambu-Goldstone模的线性响应会与长程库仑相互作用耦合,因此会触发Anderson-Higgs机制,使得该激发模原本无能隙的能谱被有效地提高到高能的plasmon频率,从而无法被有效激发,与文献中的结果一致。二阶响应则呈现出完全不同的物理。一方面,在二阶区可以于长波极限下得到Higgs模非零的光学响应,且在2ω=2Δ0时展现出共振行为,与实验发现一致。我们指出,该二阶响应实际上完全归因于驱动效应（光电场驱动效应和磁矢势抗磁效应）而非文献中广泛认定的磁矢势泵浦效应（顺磁效应）。另一方面,我们也发现了 Nambu-Goldstone模非零的二阶光学响应,并且由于电荷守恒,这一响应会与长程库仑相互作用解耦,从而避免掉Anderson-Higgs机制的影响,因而能够保持原本无能隙的能谱,进而可以被有效激发。我们为此还提出了一个基于Josephson结的可能方案用以实验上的探测。在第10章中,通过规范不变动力学方程,我们讨论了散射效应对正常趋肤区超导体THz光学性质的影响。我们考虑了多周期THz光脉冲驱动中线性和非线性响应的情况。我们展示,线性区散射诱导的光吸收σ1s（ω）可以很好地描述实验上在正常趋肤区脏超导样品中观测到的光学特征,包括低温下σ1s（ω）在ω=2|Δ|处的转变和其在ω<2|Δ|频段随频率下降的上升。此外,我们证明,规范不变动力学方程得到的超导态光电导在T>Tc序参量趋于零时可以严格回到了正常金属中Drude模型或传统Boltzmann方程描述的光电导。尽我们所知,由于在超导态中难以自恰计算散射顶角修正的阶梯图,文献中还没有理论可以在超导态光电导计算中,当温度从T<T.变到T>Tc时恢复出正常态的光电导。所以规范不变动力学方程实际上提供了一套有效的办法处理散射效应。在二阶区我们发现,散射效应在Higgs模的光学响应信号中造成一个相移。特别地,该相移在ω=|Δ|处会展现出明显的π跳跃,从而为实验探测提供了一个明显的特征。最后,通过研究光脉冲结束后Higgs模激发的衰减,我们揭示了由弹性散射引发的弛豫机制。在第11章中,我们探索性地将规范不变动力学方程方法应用到d-波超导体系Higgs模的研究中。我们首先推导了呼吸Higgs模和波序参量体系独有的旋转Higgs模能谱的解析表达式,这为实验上寻找共振频率提供了可能的帮助。之后,我们研究了他们的动力学性质。我们发现,呼吸Higgs模在二阶光学响应中可见,且该过程与光场的极化方向无关。旋转Higgs模在光学响应中不活跃,但我们发现了该集体激发对磁场非零的线性响应,由此可以预期通过磁共振实验来探测旋转Higgs模。特别地,我们还发现,电中性的旋转Higgs模,虽然不能在电学测量中显现,但却可以在赝能隙相中产生负的霍尔热导。这一发现极有可能描述实验上最新在铜基超导体重掺杂赝能隙相中观测到的负的热霍尔信号。我们由此推测,实验中在赝能隙相产生负的热霍尔信号的未知电中性元激发,可能为旋转Higgs模。最后,我们在第12章中对本论文的内容进行了总结。
王东[3]（2020）在《电场驱动离子迁移调控功能氧化物性能研究》文中研究表明由于在结构相变、电学、磁学、光学等方面显示出丰富的特性,功能性氧化物一直以来都是物理、化学以及材料学科的研究热点,在电子信息领域有着广阔的应用前景。功能氧化物的功能性不仅体现在其电学、光学、磁学等性能的奇特性,还体现在其性能的可控性。材料的性能调控不仅能提升材料的功能性,还能帮助我们认识材料的性能与微观结构之间的关系。性能的电场调控,即通过外加电压产生的电场来改变材料的电、磁、光学性能,可以实现对功能氧化物薄膜材料连续、可逆的性能调控,是功能氧化物实现功能器件的前提。电场可以通过静电感应调节薄膜载流子浓度来影响材料的性能,不仅能改变材料电阻还能影响一些材料中载流子调制的磁学和光学性能。电场还可以通过驱动离子迁移,即电化学氧化还原过程,实现非易失的性能调控。基于离子迁移的电场调控极大丰富了功能氧化物性能的调控,在很多材料中实现了显着的电、磁、光学性能调控效果。伴随着离子迁移发生的结构相变、金属-绝缘体转变、铁磁-反铁磁转变、光透光率转变等不仅展现了电场驱动离子迁移调控氧化物性能的高效性,还催生了很多功能丰富的器件,比如电阻（磁性）开关晶体管、阻变随机存储器、电致变色、人工突触等等。本论文从电场驱动离子迁移调控功能氧化物性能的角度出发,通过选用不同类型氧化物薄膜材料,设计和构造了几种电控性能的器件,展示了器件性能调控的显着效果并探讨了调控背后的物理机制,主要内容概括如下:（1）电场驱动O2迁移调控SrCoO2.5薄膜的铁磁金属-反铁磁绝缘体转变。我们利用固态离子胶作为电解质,制备了基于高质量外延SrCoO2.5薄膜的晶体管器件,实现了电场调控的钙铁石结构反铁磁绝缘体SrCoO2.5和钙钛矿结构铁磁金属SrCoO3-δ之间的转变。分别从结构、电输运、磁性方面证明了该转变的可逆性和稳定性。我们还证明了电场驱动02-注入和脱出薄膜诱导相变的过程,是一种有水分参与的电化学过程。其次,我们在柔性衬底上,在室温条件下生长了非晶SrCoOx薄膜和取向生长的ZnO薄膜用来构建p-n结,实现了自供电的柔性紫外探测器,并验证了其良好的光电性能和稳定性,展现了该探测器用于低能耗、可穿戴电子器件的潜在价值。（2）电场驱动H+迁移实现VO2薄膜的三态相变。我们利用固态离子胶作为电解质,制备了基于VO2薄膜的晶体管器件,实现了电场可控的VO2薄膜的绝缘体（初始绝缘态）-金属（氢化的金属态）-绝缘体（氢化的绝缘态）的三态相变,并证明了该相变的可逆性。通过系统的结构表征和电输运测量实验,探索得到了电场驱动H+注入和脱出VO2薄膜的相变机制。我们进一步通过循环升、降温的R-T测试,探讨了 VO2薄膜内H+的动态脱出过程,更清楚地认识到H+在VO2薄膜相变过程中起到的关键作用。最后我们不但验证了电场驱动H+注入和脱出VO2薄膜的稳定性,还展示了该器件在脉冲栅极电压作用下较好的累积效应和记忆效果。（3）电场驱动Li+迁移诱导透明导电薄膜的电致变色。我们使用锂离子电池结构,制备了基于FTO透明导电玻璃的电致变色器件,实现了电场驱动的Li+嵌入、脱出FTO薄膜对其光透过率的巨大调控。我们系统地测试了 FTO的电致变色性能,探究了其电致变色伴随的Li+迁移过程。通过结构、形貌、电化学测试给出了该器件稳定工作需要满足的电压区间,并通过充、放电过程中原位的紫外-可见光透射谱测试证实了该器件光透过率的稳定、可逆电调控。（4）电场驱动F-迁移实现电压可控多功能光电器件。我们在LaF3衬底上生长了 ZnO薄膜,制备了具有源、漏、栅三端结构光电晶体管器件。利用电场控制ZnO和LaF3界面处F-分布的改变,小电压下实现了界面电场对ZnO薄膜光学、电学性质的大幅调控。通过电输运、光电响应测试,展示了该器件作为非易失的场效应晶体管、累积效应可控的神经突触模拟器件和电控紫外光探测器的性能表现:该器件可以实现超过4个数量级的可逆的阻态转换;可以在不同栅极电压下控制光脉冲引起的阻变记忆效果;还可以在-5 V的栅极电压下实现25 mA/W的紫外光探测。
乐天[4]（2020）在《几类超导拓扑材料的点接触谱研究》文中提出随着拓扑材料的发现,拓扑超导体受到越来越多的青睐——因为其存在的Majorana费米子在容错量子计算中可能具有重要的应用价值。一方面,通过将超导近邻效应应用于非平庸拓扑材料或者具有强自旋轨道耦合的半导体,从而在异质结构中寻找拓扑超导电性的相关研究取得了重要进展。另一方面,人们也希望在一些拥有超导电性的非平庸拓扑材料中直接寻找潜在的拓扑超导体。本论文主要利用多种类型的点接触谱测量手段来研究若干具有超导电性的非平庸拓扑材料,以希望发现一些拓扑超导存在的证据。1.第二类Dirac半金属材料PdTe2的超导转变温度Tc～1.6 K,其机械点接触谱和软点接触谱在0.3 K的电导曲线具有重复率极高的双电导峰结构,并且它们都能通过单能隙的s波Blonder-Tinkham-Klapwijk（BTK）模型拟合。拟合得到的超导能隙随温度的演化完全符合典型的Bardeen-Cooper-Schrieffer（BCS）行为,而零温超导能隙Δ0～0.29meV,2Δ0/kBTc=4.15属于强耦合超导范畴。在加磁场的测量中,我们发现很多接触点的超导能隙都会在Hc2I～130 Oe附近突然被抑制,表现出一类超导体的行为,但其它接触点的能隙在磁场中逐渐被抑制到Hc2II～600Oe,表现出二类超导体的行为。这种一类和二类超导体在同一样品中混合共存的行为可能起源于PdTe2中拓扑表面态导致的表面电子自由程分布不均匀性,我们对此作了详细的讨论和分析。2.拥有Dirac节点线的拓扑材料PbTaSe2的超导转变温度Tc～3.8 K,我们主要通过软点接触谱,机械点接触谱,转角点接触谱以及压力点接触谱等方法系统测量了其超导能隙的结构。在软点接触谱与机械点接触谱的对比研究中,我们发现了可能来自于拓扑表面态的表面超导电性。在随后的转角磁阻和转角点接触谱测量中,我们观测到了较为明显的上临界场和点接触谱的二重对称性行为——虽然PbTaSe2本身是六角晶格结构。我们发现这种二重对称性行为一直持续到表面超导的上临界场Hc2R,尽管其体超导电性在体上临界场Hc2H2G<<Hc2R时已经被抑制,这些现象表明该二重对称行为只是来自于表面的向列超导态。此外,在测量能达到的精度范围内,转角比热的数据也并没有观测到体超导部分的各向异性行为。值得注意的是,PbTaSe2中观测到的来自表面的向列超导行为与已报道的拓扑超导候选材料CuxBi2Se3有所不同,后者二重对称性来自于体态超导。结合理论分析,我们发现PbTaSe2中的向列超导电性可能起源于其拓扑表面态自身形成的超导而非体态超导的近邻效应,并且理论预言PbTaSe2表面超导的时间反演对称性破缺现象。我们对PbTaSe2的系统研究有助于进一步认识向列超导电性与拓扑超导的关系。3.我们在拓扑绝缘体Bi2Se3的点接触结构中观测到了脉冲电压诱导的局部超导电性。其超导行为主要体现在点接触谱的零偏压电导峰以及微区电阻测量中的电阻下降行为。同时,我们在超导态也观察到了与CuxBi2Se3类似的向列超导行为,表明可能存在的拓扑超导态。更有意思的是,当Bi2Se3样品经过“热循环”后（样品温度升到高温后再降到低温）,其超导电性居然被抹除。这种现象仅仅出现在Ag-Bi2Se3类型的点接触结构中,其它类似的Au-Bi2Se3,Cu-Bi2Se3,Ti-Bi2Se3类型点接触中均没有观察到,这表明其超导形成的物理机制可能和Ag原子扩散到Bi2Se3的范德瓦尔斯层间有关。
陈立明[5]（2020）在《过渡金属氧化物薄膜体系界面性质及外场调控的研究》文中进行了进一步梳理人工智能的崛起和电子信息产业的超快发展,使得摩尔定律难以精确的预测半导体工业的发展规律,另外电子器件发热等功耗问题的出现致使传统半导体工业面临着巨大的挑战。过渡金属氧化物以其全新的物理机制成为电子学发展的新方向,为目前高速发展的电子信息产业带来了新机遇。铁磁La0.7Sr0.3Mn O3（LSMO）薄膜表现出较大的磁电耦合效应,而铁电Ba Ti O3（BTO）薄膜通过铁电极化翻转作用能够产生丰富的界面效应,因此铁磁/铁电型的多铁超晶格具有良好的量子操控性。尽管LSMO/BTO超晶格已有的相关工作的研究,然而关于界面应力驱动晶格畸变对超晶格磁性质的影响迄今研究尚不充分。在此我们提出了外延应变对界面磁性的影响机制,扩展了复杂金属氧化物研究的新思路。此外,铁磁氧化物金属电极/铁电界面提供了一种通过界面效应来调制隧穿电流的更有效方法。特别是LSMO与BTO界面磁交换作用对隧穿电阻效应（TER）的影响机理尚未被揭示。基于此,我们采用脉冲激光沉积方法制备了LSMO/BTO/NSTO（Nb:Sr Ti O3）全氧化物的铁电隧道结,通过外加电场的调控界面效应实现在隧道结器件开关比的提升。最后通过拓展4d和5d过渡金属氧化物薄膜Sr Ru O3（SRO）、Sr Ir O3（SIO）所组成异质结输运性质及磁性质的研究,为后续的自旋流探测工作奠定基础。在本论文中,我们采用脉冲激光沉积技术制备过渡金属氧化物薄膜及器件。根据不同材料体系及结构形式,具体的研究内容分为以下三个部分:（1）外延应力对LSMO/BTO超晶格界面磁性质的影响为了而排除由于单层膜过薄的情况下导致相邻界面之间的耦合作用对超晶格磁性质的影响。我们分别选择较厚的LSMO（30 uc）和BTO（25 uc）层作为一个周期。在获得高质量的LSMO/BTO超晶格后,针对LSMO/BTO超晶格周期数的变化对超晶格磁性质的影响展开了具体的研究。研究表明随着周期数逐渐增加超晶格的饱和磁化强度逐渐降低,磁化易轴更趋向面内。结合理论研究和电子显微技术表明,由于外延应力导致的晶格畸变所产生的界面相变是影响界面磁性质的关键。这种相变作用会随着界面数的增加而产生累积效果,最终改变超晶格的磁性质。（2）铁电调控LSMO/BTO/NSTO铁电隧道结的隧穿阻变效应我们首次制备了LSMO/BTO/NSTO铁电隧道结。对比Pt/BTO/NSTO隧道结的结果,LSMO/BTO/NSTO隧道结的隧穿电流开关比（ON/OFF）比前者高出两个数量级（～104）。这种显着的提高主要归因于LSMO/BTO界面处的阳离子扩散和磁交换作用。当改变外加电场的方向,阳离子扩散将会改变界面处Mn3+/Mn4+比例进而影响界面电阻和隧穿电阻。由此通过铁电调控界面效应从而实现了对高低阻态的调制。此外针对LSMO/BTO/NSTO隧道结低温隧穿行为研究发现,在低温区界面磁交换作用与LSMO层的电子-电子相互作用的相互竞争导致隧穿电阻突变。（3）4d和5d过渡金属氧化物薄膜输运性质的研究研究发现,不同的生长温度和氧分压直接影响SIO和SRO薄膜的输运性质。通过对比实验可知,在低温低氧压下生长出来的SIO和SRO薄膜会表现出绝缘性,甚至在低温下出现金属-绝缘体转变。然而在高温高氧分压下生长的SIO和SRO薄膜质量最优,并且具有较好的结晶性和典型的钙钛矿结构,同时具有金属特性并且在低温下具有负磁电阻现象。在同样生长条件下SRO薄膜也具有较好输运特性和低温反常霍尔效应。另外初步探究了的SRO/BTO/NSTO异质结电学输运特性,由于生长温度和氧分压等因素以及SRO/BTO界面存在较大的应力失配最终影响到SRO的输运性质,导致在低温下出现金属-绝缘体转变。通过研究过渡金属氧化物中的新物性并探索氧化物界面效应的新器件,能为过渡金属氧化物在信息电子学的发展和自旋电子器件的应用方面开辟出新路径。
孙霞光[6]（2019）在《高场磁体用Nb3Al超导线材制备及电磁特性研究》文中认为磁约束聚变能发电技术被认为是解决未来能源危机的最有效途径,我国即将进行的中国聚变工程堆（China Fusion Engineering Test Reactor,简称CFETR）计划,其极向场线圈使用的超导磁体的最高场强为15T,现有的超导线材性能无法满足要求,开发适用于15T高场磁体用的超导线材制备技术为该计划成功的关键。目前用于10T以上高场的超导实用材料仅有Nb3Al和Nb3Sn两种,由于Nb3Al具有比Nb3Sn更好的应变容忍性,因此Nb3Al超导线材是15T高场磁体系统的最佳选择。但国内相关制备技术尚属空白,严重制约了我国磁约束核聚变能技术的发展。本论文围绕高性能Nb3Al超导长线的制备及热处理展开工作,深入研究了Nb3Al超导线材的低温、电磁等物理特性。结合Nb-Al二元和Nb-Al-Cu三元相图,Nb3Al超导线材不能采用现在大规模生产Nb3Sn的青铜法制备,因为Nb、Al、Cu反应生成非超导的三元相。低温扩散得到的Nb3Al偏离化学计量比,线材的超导性能很差,高性能Nb3Al超导线材需要使用快热急冷转变法制备。对Nb3Al前驱体线材进行快热急冷热（RHQ）处理后形成Nb（Al）ss过饱和固溶体,之后进行低温转变热处理,获得接近计量比的Nb3Al。RHQ过程中,Al的有效扩散距离为亚微米量级,因此Nb,Al层厚度在亚微米级,高均匀性的Nb3Al前驱体复合线材制备是后续开展稳定的RHQ工艺的前提。基于此,本文从最简单的套管法入手,以Al棒、Nb管为原材料,经过一次复合、二次复合和三次复合制备线材,通过系统研究线材拉拔过程中的加工性能,获得144芯和156芯套管法长线材的加工工艺,揭示了Nb-Al复合材料的塑性变形特征。144芯Nb3Al前驱体线材经RHQ处理后,在4.2 K、15 T下超导层临界电流密度Jc达到了859 A/mm2。套管法线材的超导相占整根线材比例很低,因此在保证Nb、Al扩散距离前提下,采用卷绕法制备Nb3Al前驱体复合线材,提高超导相的占比。本文用卷绕法制备了单芯、18芯、24芯等结构的Nb3Al前驱体长线,研究了低温扩散和RHQ热处理工艺对Nb3Al超导线材性能的影响。通过分析Nb-Al箔材的塑性变形规律,对比不同芯数导线的加工特性,改善冷加工变形技术后,获得18芯和24芯Nb3Al前驱体长线的优化冷加工工艺。本文研究了单芯和多芯线材的RHQ热处理,分析了线材结构对RHQ热处理参数如加热电流和走线速率的影响:单芯线材中Nb和Al层较厚,Al原子扩散反应不充分,RHQ处理后有少量Nb残余;24芯线材中Nb、Al层厚度较为合适,经RHQ热处理后,全部生成Nb3Al超导相,超导相Jc在4.2K、12 T下达到了1587A/mm2。由于卷绕法结合RHQ方法制备Nb3Al超导线材需要额外的覆铜工艺,因此本文探索了高能球磨（即机械合金化）结合粉末装管法制备Nb3Al超导线带材,期望获得低成本的制备工艺。Al含量为26 at.%,高能球磨2.5 h后获得Nb（Al）ss过饱和固溶体粉,装管拉伸后,制备出单芯和多芯Nb3Al前驱体线材;800 oC处理10 h后,获得的Nb3Al具有最佳的超导体性能,Tc达到15.8 K,临界电流密度Jc在4.2K、12T达到10000A/cm2。采用热压烧结显着提高Nb3Al超导体的致密度和晶粒连接性,热压烧结Nb3Al超导带材的Jc在5K,7T下比常规烧结块体的提高一个数量级。利用卷绕法制备的18芯Nb3Al前驱体线材,结合低温扩散热处理、环氧树脂固化、不锈钢带增强等工艺,制备出国内第一个Nb3Al超导磁体线圈:该磁体在14T背景磁场下,产生1.2T磁场,中心场强达到15.2 T。验证了Nb3Al超导线材的强磁场应用前景。综上所述,本文采用套管法、卷绕法制备了多种结构的Nb3Al前驱体线材,实现了多芯Nb3Al长线的连续快热急冷（RHQ）热处理。利用自主研制的18芯线材,成功制作了国内第一个Nb3Al高场内插超导磁体。开发出高能球磨结合粉末装管法的低成本工艺路线制备Nb3Al超导线带材,作为卷绕+RHQ工艺路线的备选方案。
俞清云[7]（2018）在《基于拓扑绝缘体的拓扑约瑟夫森结的超流性质》文中进行了进一步梳理近年来,拓扑绝缘体由于其新奇的物理性质以及在超导自旋电子学和量子计算中的重要应用引起了人们的广泛关注。拓扑绝缘体是一种全新的量子物态,表现为体电子结构是有能隙的绝缘体,而边缘/表面是无能隙的金属态,而且这种无能隙的边缘/表面态受到时间反演对称性的保护,非常稳定,不会受到非磁性杂质和无序的干扰。特别地,对于一个狭窄的二维拓扑绝缘体,由于电子波函数发生重叠,不同边的边缘态之间产生边间耦合,从而导致边间背散射,尽管边内背散射仍然被禁止,由此带来许多奇特的输运现象。本论文利用基于Bogoliubov-deGennes（BdG）方程的 Blonder-Tinkham-Klapwijk（BTK）理论,研究了基于拓扑绝缘体的拓扑约瑟夫森（Josephson）结的超流性质。第一,在考虑边间耦合的情况下,研究了基于狭窄的二维拓扑绝缘体的超导/正常/超导（SC/NM/SC）Josephson结的超流性质。结果发现,边间背散射可以导致由门电压控制的0-π结的转变,起因于边间背散射诱导了一个额外的π相移。特别地,0-π结的转变能反过来证明边缘态螺旋性的自旋结构。此外,我们发现边间背散射还可以导致所谓的φ0结,通过调节门电压可以实现对Josephson结的基态相位φ0的调控,意味着能用来设计成一个由门电压控制的相位蓄电池。更有趣的是,这个φ0结拥有方向依赖的临界电流,而且临界电流不对称程度可以通过门电压来调控,表明能用来设计成一个由门电压控制的超流整流器。第二,研究了基于三维拓扑绝缘体的超导/铁磁/正常/铁磁/超导（SC/FI/NM/FI/SC）Josephson结的超流性质,其中,左右两个铁磁绝缘体引起的磁交换场强度相等。结果发现,当左边的铁磁绝缘体沿.轴磁化而右边的铁磁绝缘体在x-z平面内磁化时,通过调节两铁磁体层间的磁化方向夹角θ可以实现0-π结的转变以及对Josephson结的基态相位φ0的调控,意味着能用来设计成一个磁控制的相位蓄电池。另外,当左右两个铁磁绝缘体都沿着y轴磁化时,发现（1）在平行磁构型时,随着磁交换场强度m的增大,Josephson临界电流Ic逐渐减小直至变为零,表明存在超流开关效应;（2）特别地,发现Josephson临界电流Ic在平行与反平行磁构型时的值相差较大,而且超流磁致电阻（supercurrent magnetoresistance）随着磁交换场强度m的增大而逐渐增大直至达到100%,表明存在一个理想的超流自旋阀效应。
韩梦媛[8]（2016）在《激光照射下高Tc超导体YBCO陶瓷的迟滞效应》文中研究说明光对高温超导材料的作用一直是科学界近年来的一个研究热点。基于YBa2Cu3O7-δ较高的超导转变温度（YBa2Cu3O7的Tc=93 K）,以及非理想第二类超导体所特有的高临界磁场和高临界密度,而且制备工艺安全、简单,性价比高等优点,人们对于YBCO材料光响应的的研究热情日益增加。本文选择富氧YBa2Cu3O6.96陶瓷样品作为研究对象,样品通过传统的固相反应法制备得到,在对样品进行晶体结构和表面形貌分析后,用Versalab系统对紫光激光（λ=405 nm）照射下样品的电阻以及伏安特性曲线进行测量,研究了光对富氧YBa2Cu3O6.96陶瓷样品的作用效果,研究内容主要包括以下几个方面:首先研究了光对富氧YBa2Cu3O6.96陶瓷样品电阻的影响。发现激光照射情况下,样品正常态电阻随着光照强度的增大而线性增大,并具有破坏超导体超导电性的作用,使超导体的转变温度向低温区移动并出现超导展宽现象。在样品温度降低的过程中样品电阻在超导转变温度附近出现跳跃现象,而且在光斑位置不变的情况下,电阻发生跳跃的温度点Tpeak不受光照强度的影响,在实验所用激光器的光强范围内,样品电阻发生跳跃前后的电阻差ΔR随光照强度的增大而增大。只有当样品温度降低至Tpeak以下时,其电阻随温度降低过程中才会发生跳跃现象,而且在升温过程中,电阻随温度升高而增大并出现迟滞现象。此时,样品具有比降温过程中较大的电阻值和较低的转变温度,直至样品温度升高至256 K以上时,两个过程中样品电阻达到相同的值,而此时样品内迟滞效应仍然存在,直至样品温度升高至265 K时,样品内部的迟滞效应才开始逐渐消失,最终在275 K时完全消失。样品电阻在降温过程中的跳跃现象与样品内的迟滞效应密切相关,随着样品内部迟滞效应的逐渐消失,样品电阻随温度降低的变化中才会出现跳跃现象且跳跃现象也越来越明显。其次研究了富氧YBa2Cu3O6.96陶瓷样品的光伏效应及其迟滞效应,通过测量光照下样品的I-V特性曲线与无光照情况下进行对比、分析最终得出结论。超导体与Ag电极间存在界面势,光照下超导体内产生的光生电子——空穴对在内建电场作用下分离开来形成光生电流,由此产生的电势正是我们所测到的开路电压Voc,300 K时系统内建电场由Ag电极指向超导体,而50 K时系统内建电场由超导体指向Ag电极。在光照样品正极电极附近的情况下,样品在300K时获得负的Voc,而在50 K时将获得正的Voc。样品|Voc|随着温度降低的变化过程中存在跳跃现象,并与电阻发生跳跃现象的温度点相同。升温过程中Voc也同样存在迟滞现象,并具有较降温过程中明显的光伏效应,直至样品温度升高至约276 K以上时,两个过程中获得的Voc达到相同值,276 K与测量光照下样品电阻变化时所观察到的迟滞效应完全消失的温度基本一致。通过系统的实验测量,可以断定激光照射情况下观察到的超导体电学特性和光伏特性中的迟滞效应为超导体内部的本质属性,光照并不是这种迟滞效应的诱因,而是将它放大并反应在样品电阻及Voc随温度的变化曲线中。实验结果为进一步探究YBCO超导体的性能机理提供了新的思路和方法。而且YBCO超导体电阻在超导转变温度附近迅速以及显着的光响应也为其在光敏器件领域的应用奠定了基础。
张明义[9]（2016）在《高温超导约瑟夫森双晶结太赫兹谐波混频器研究》文中指出太赫兹（THz）波段一般定义为0.1—10 THz的频率区间,其波长在0.03—3mm范围内,覆盖短毫米波至远红外波段。尽管人们已经认识到太赫兹波段具有非常重要的科学意义和广泛的应用前景,但该波段仍然是一个有待全面研究和开发的电磁波波段。高温超导约瑟夫森结具有高度的非线性以及良好的高频相应等特性,其作为THz混频检测器具有噪声低、灵敏度高、变频效率高等优点。本论文以高温超导约瑟夫森双晶结THz谐波混频器为核心展开讨论,成功制备出稳定性好、性能优异的高温超导约瑟夫森双晶结,研制了THz谐波混频系统,实现了对微弱THz信号的谐波混频检测。对高温超导YBCO双晶结混频器的变频效率以及噪声温度等参数进行了实验测量和数据分析。具体如下：1.研究了高性能高温超导YBCO双晶结THz检测器的制备方法与加工工艺,成功制备出了微桥宽度为1 μm、特征电压为2 mV的双晶结,并对623 GHz信号有良好的THz响应。2.展开对高温超导YBCO双晶结THz谐波混频检测的相关研究,搭建了两套高温超导THz混频检测系统,两套系统都成功实现对20μW、623 GHz信号的谐波混频检测,在谐波次数达200次以上时,也能检测到混频信号,表明系统有良好的噪声以及高灵敏的性能。3.通过THz谐波混频实验,研究了高温超导YBCO双晶结混频器的变频效率与结的特征参数、结的偏置电流以及谐波次数之间的关系,得到了高温超导混频器最佳工作点的选取参量。4.利用研制的系统,对YBCO双晶结在THz波段的噪声温度进行了测量,在220 GHz的本振信号辐射下,测得最小噪声温度为1207 K。
宿非凡,王瑞峰[10]（2014）在《全铌超导Josephson结的EWB仿真模型》文中认为通过超低温实验直接测量了制备的全铌Josephson结的电压源驱动RCSJ模型的I-V特性曲线。建立了Josephson结在电路仿真软件EWB中的模型,极大的方便了Josephson结及相关电路的仿真研究。利用这一新模型对Josephson结的基本特性进行了较为系统的研究,包括RSJ模型和RCSJ模型的直流驱动I-V特性曲线。
二、对Josephson效应I-V特性的理论研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、对Josephson效应I-V特性的理论研究（论文提纲范文）
（1）大型超导装置失超保护系统换流回路及其关键问题研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景介绍 |
| 1.1.1 超导磁体 |
| 1.1.2 超导磁体的应用 |
| 1.1.3 聚变装置中的超导磁体 |
| 1.2 CRAFT设施及高功率电源研究支撑平台 |
| 1.2.1 CRAFT聚变堆主机关键综合研究设施 |
| 1.2.2 高功率电源研究支撑平台 |
| 1.3 CRAFT失超保护系统 |
| 1.4 CRAFT失超保护系统换流回路研制难点 |
| 1.5 课题研究内容与意义 |
| 第2章 CRAFT大型超导装置失超保护系统拓扑设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 换流技术方案研究及对比 |
| 2.2.1 超导装置中失超保护系统换流方案 |
| 2.2.2 HVDC-耦合型机械高压直流开关换流方案 |
| 2.2.3 各换流方案优缺点对比 |
| 2.3 人工过零型失超保护系统双向分断拓扑设计 |
| 2.3.1 人工过零型开关触发单元分析 |
| 2.3.2 换流分断方案设计与对比 |
| 2.3.3 人工过零型失超保护系统拓扑及辅助系统设计 |
| 2.4 100kA失超保护开关中直流开关换流过程分析 |
| 2.4.1 第一阶段:电流从BPS向VCB转移过程分析 |
| 2.4.2 第二阶段:电流从VCB向换流回路转移过程分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于真空电弧介质恢复研究的换流回路参数优化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 真空电弧燃弧基本理论 |
| 3.2.1 真空电弧形成原因 |
| 3.2.2 真空电弧特性 |
| 3.2.3 真空电弧燃弧过程分析 |
| 3.3 弧后介质恢复过程理论分析 |
| 3.3.1 鞘层预备阶段 |
| 3.3.2 鞘层发展阶段 |
| 3.3.3 金属蒸气衰减阶段 |
| 3.4 换流回路参数对介质恢复过程影响 |
| 3.4.1 脉冲电流幅值对介质恢复过程影响 |
| 3.4.2 脉冲电流频率对介质恢复过程影响 |
| 3.5 人工过零型真空开关换流回路极限参数计算及优化 |
| 3.5.1 换流回路极限参数计算方法研究 |
| 3.5.2 换流回路参数多目标优化 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 换流回路中晶闸管开关设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 晶闸管开关运行工况分析 |
| 4.3 基于热阻抗网络模型的晶闸管热学分析 |
| 4.3.1 热阻抗基本原理 |
| 4.3.2 瞬态热阻抗网络模型搭建 |
| 4.3.3 Foster网络模型参数计算 |
| 4.3.4 晶闸管器件结温计算及器件选型 |
| 4.4 晶闸管开关RC缓冲电路参数设计与优化 |
| 4.4.1 晶闸管关断过程分析 |
| 4.4.2 晶闸管反向恢复模型 |
| 4.4.3 脉冲工况下RC缓冲电路瞬态过程 |
| 4.4.4 RC缓冲电路参数优化方法 |
| 4.4.5 仿真与对比 |
| 4.5 晶闸管开关基本功能试验 |
| 4.5.1 MKPE 330-052型号单臂4只串联方案实验 |
| 4.5.2 KPE 6900-065型号单臂3只串联方案实验 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 换流回路中新型高寿命脉冲电抗器设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 130kA脉冲电抗器电气设计 |
| 5.2.1 电抗器电气参数要求 |
| 5.2.2 电抗器结构选型与设计 |
| 5.3 新型高寿命脉冲电抗器线圈参数设计 |
| 5.3.1 电抗器电感一般计算方法 |
| 5.3.2 脉冲电抗器线圈参数设计 |
| 5.4 新型高寿命脉冲电抗器设计验证及优化 |
| 5.4.1 脉冲电抗器及环境电磁结构分析 |
| 5.4.2 脉冲电抗器热分析 |
| 5.4.3 脉冲电抗器端部优化 |
| 5.4.4 脉冲电抗器疲劳分析 |
| 5.5 新型高寿命脉冲电抗器制造与测试 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 换流回路与真空开关配合100 KA分断实验 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 换流回路基本功能实验 |
| 6.2.1 晶闸管开关10-100 kA脉冲放电功能测试 |
| 6.2.2 脉冲电容器充电回路测试 |
| 6.2.3 换流回路产生脉冲电流验证 |
| 6.3 换流回路与真空开关并联100kA电流分断实验 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（2）非平衡动力学：从二维材料自旋动力学到超导体的电磁响应（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 引子 |
| 第一章 二维材料过渡金属硫属化物介绍 |
| 1.1 单层过渡金属硫属化物介绍 |
| 1.1.1 哈密顿量 |
| 1.1.2 谷动力学 |
| 1.2 双层过渡金属硫属化物 |
| 1.2.1 哈密顿量 |
| 1.2.2 自旋-层锁定效应 |
| 1.2.3 双层异质结 |
| 1.3 单双层过渡金属硫属化物中的自旋电子学 |
| 1.3.1 自旋极化的产生和探测 |
| 1.3.2 自旋极化的弛豫及稳态扩散 |
| 第二章 双层过渡金属硫属化物中的自旋动力学 |
| 2.1 动力学自旋Bloch方程 |
| 2.2 双层Rashba自旋轨道耦合 |
| 2.3 双层过渡金属硫属化物中空穴的自旋弛豫 |
| 2.3.1 Zeeman场对自旋弛豫的影响 |
| 2.3.2 模型 |
| 2.3.3 数值结果:自旋弛豫 |
| 2.3.4 数值结果:谷极化的产生 |
| 2.3.5 小结 |
| 2.4 双层过渡金属硫属化物中空穴的自旋扩散 |
| 2.4.1 修正的漂移-扩散模型 |
| 2.4.2 模型 |
| 2.4.3 解析结果:Zeeman场存在下自旋轨道耦合体系中的自旋扩散 |
| 2.4.4 数值结果:自旋扩散 |
| 2.4.5 解析/数值结果:稳态谷极化的产生 |
| 2.4.6 小结 |
| 第三章 超导电性对称性分类介绍 |
| 3.1 平移对称超导体中Cooper对的分类 |
| 3.2 Gorkov方程 |
| 3.3 非常规超导电性 |
| 3.3.1 与铁磁体近邻耦合的常规超导体 |
| 3.3.2 非中心反演对称的非常规超导体 |
| 3.3.3 具有自旋轨道耦合的常规s-波超导体 |
| 3.3.4 争议的非常规超导体Sr_2RuO_4 |
| 3.3.5 可能具有p-波吸引势的重费米超导材料 |
| 3.4 平移对称破缺的Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchimnikov态 |
| 3.4.1 各向同性体系 |
| 3.4.2 各向异性体系 |
| 第四章 与平移对称破缺s-波超导体近邻耦合的InSb(110)量子阱中的超导电性 |
| 4.1 平移对称破缺超导体中非常规Cooper对的实现 |
| 4.2 与超导体近邻耦合的量子阱 |
| 4.2.1 隧穿近邻效应的理论模型 |
| 4.2.2 实验进展 |
| 4.2.3 诱导出单个质心动量q的可能方法 |
| 4.3 模型和哈密顿量 |
| 4.4 解析分析 |
| 4.4.1 库仑重整的特性 |
| 4.4.2 平移对称破缺超导态InSb(110)量子阱 |
| 4.5 数值结果 |
| 4.5.1 偶频单态 |
| 4.5.2 奇频单态 |
| 4.5.3 偶频三态 |
| 4.5.4 奇频三态 |
| 4.5.5 四种序参量的分离 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 自旋轨道耦合s-波超导体中的Fulde-Ferrell态 |
| 5.1 Cooper对自旋极化 |
| 5.1.1 Cooper对自旋极化的可能实现 |
| 5.1.2 磁电Andreev效应 |
| 5.2 理论模型 |
| 5.2.1 哈密顿量和能隙方程 |
| 5.2.2 基态能 |
| 5.3 数值结果 |
| 5.3.1 确定的Cooper对质心动量方向 |
| 5.3.2 相图 |
| 5.3.3 三态Cooper对和其自旋极化 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 超导体中集体激发及超导电性对电磁场响应的研究进展 |
| 6.1 超导体中的规范变换和电荷守恒 |
| 6.2 超导体中的集体激发 |
| 6.2.1 Namnbu-Goldstone模 |
| 6.2.2 Anderson-Higgs机制 |
| 6.2.3 Leggett模 |
| 6.2.4 T_c附近的Nambu-Goldstone模: Carlson-Goldman模 |
| 6.2.5 Higgs模 |
| 6.2.6 Bardasis-Schrieffer模 |
| 6.3 超导体中杂质效应对平衡态的影响: Anderson定理 |
| 6.4 超导体对电磁场响应的实验进展 |
| 6.4.1 静磁响应: Meissner效应 |
| 6.4.2 低频段的光电导: 二流体模型 |
| 6.4.3 THz频段的线性光学响应: 反常和正常趋肤区 |
| 6.4.4 THz频段的非线性光学响应: Higgs模的激发 |
| 6.4.5 THz频段的非线性光学响应: 信号相位的π跃变 |
| 6.4.6 THz频段的非线性光学响应: Leggett模的激发 |
| 6.5 超导体对电磁场响应的理论进展 |
| 6.5.1 Mattis-Bardeen理论 |
| 6.5.2 Liouville和Bloch方程 |
| 6.5.3 半经典的Boltzrmann方程 |
| 6.5.4 Gorkov方程 |
| 6.5.5 Eilenberger方程 |
| 6.5.6 Usadel方程 |
| 6.5.7 规范不变光学Bloch方程 |
| 第七章 规范不变光学Bloch方程: 手征p-波超导体中的反常霍尔效应 |
| 7.1 文献中的理论进展 |
| 7.1.1 Kubo费曼图方法 |
| 7.1.2 半经典的准粒子Boltzmann方程 |
| 7.2 模型 |
| 7.2.1 哈密顿量 |
| 7.2.2 规范不变光学Bloch方程 |
| 7.2.3 散射项及散射T-矩阵 |
| 7.3 解析分析 |
| 7.3.1 内禀反常霍尔电导 |
| 7.3.2 Berry曲率 |
| 7.3.3 杂质散射导致的外禀反常霍尔电导 |
| 7.4 数值结果 |
| 7.4.1 强杂质相互作用 |
| 7.4.2 弱杂质相互作用 |
| 7.4.3 反常霍尔电导的杂质强度依赖 |
| 7.4.4 横向锥形磁矩引入的内禀通道 |
| 7.5 小结 |
| 第八章 规范不变动力学方程:超导体中的三流体模型 |
| 8.1 规范不变动力学方程 |
| 8.1.1 规范不变动力学方程的建立 |
| 8.1.2 电荷守恒 |
| 8.1.3 散射项推导 |
| 8.2 三流体模型: 物理图像 |
| 8.3 解析结果: 静磁响应 |
| 8.3.1 响应电流 |
| 8.3.2 序参量性质 |
| 8.3.3 同时具有非零电阻和非零超导能隙的相 |
| 8.4 解析结果: 光学响应 |
| 8.4.1 光电导 |
| 8.5 小结 |
| 第九章 规范不变动力学方程: 集体激发的光学响应 |
| 9.1 模型 |
| 9.1.1 规范不变动力学方程 |
| 9.1.2 解析求解: 响应理论 |
| 9.2 解析结果: 线性响应 |
| 9.2.1 Nambu-Goldstone模 |
| 9.2.2 Hartree场的影响: Anderson-Higgs机制 |
| 9.2.3 Higgs模 |
| 9.3 解析结果: 二阶响应 |
| 9.3.1 Nambu-Goldstone模 |
| 9.3.2 Higgs模 |
| 9.3.3 对相位涨落可能的探测方案 |
| 9.4 小结 |
| 第十章 规范不变动力学方程: 散射对超导体光学响应的影响 |
| 10.1 模型 |
| 10.1.1 简化的规范不变动力学方程 |
| 10.1.2 微观散射 |
| 10.1.3 光脉冲的两种极端情况 |
| 10.2 受迫振荡 |
| 10.2.1 线性响应: 光电导 |
| 10.2.2 二阶响应: Higgs模激发 |
| 10.3 自由衰减 |
| 10.3.1 Anderson赝自旋图景下的简化模型 |
| 10.3.2 Higgs模的衰减 |
| 10.4 小结 |
| 第十一章 规范不变动力学方程: d-波超导体中的Higgs模 |
| 11.1 赝能隙(pseudogap)相和预生成的Cooper对 |
| 11.2 铜基超导体中最近的实验进展 |
| 11.2.1 旋转对称性的自发破缺现象 |
| 11.2.2 赝能隙相中来自未知电中性元激发的热霍尔效应 |
| 11.3 d-波超导体中Higgs模的理论进展 |
| 11.4 模型 |
| 11.4.1 哈密顿量 |
| 11.4.2 规范不变动力学方程方法 |
| 11.4.3 Higgs模的计算 |
| 11.5 解析结果 |
| 11.5.1 呼吸Higgs模 |
| 11.5.2 旋转Higgs模 |
| 11.6 小结 |
| 未济 |
| 第十二章 总结 |
| 附录A 双层过渡金属硫属化物中空穴自旋弛豫的一些补充说明 |
| A.1 公式(2.17)的解析推导 |
| A.2 空穴-声子散射矩阵元 |
| A.3 紧束缚模型下对空穴-声子相互作用的推导 |
| A.4 小自旋极化下的浓度依赖中的库仑峰 |
| A.5 大自旋极化下的温度依赖 |
| A.6 谷极化的推导 |
| 附录B 双层过渡金属硫属化物中空穴自旋扩散的一些补充说明 |
| B.1 自旋扩散的解析分析 |
| B.2 谷极化的解析分析 |
| 附录C 与平移对称破缺s-波超导体近邻耦合的InSb(110)量子阱中的超导电性的一些补充材料 |
| C.1 公式(4.11)的解析推导 |
| C.2 公式(4.27)和(4.28)的推导 |
| C.3 公式(4.29)-(4.32)的推导 |
| C.4 序参量的动量依赖 |
| C.5 四种序参量的浓度依赖 |
| C.5.1 偶频单态序参量库仑重整部分的浓度依赖 |
| C.5.2 奇频单态序参量的浓度依赖 |
| C.5.3 偶频三态序参量的浓度依赖 |
| C.5.4 奇频三态序参量的浓度依赖 |
| 附录D 自旋轨道耦合s-波超导体中的Fulde-Ferrell态的一些补充说明 |
| D.1 自旋轨道耦合依赖 |
| 附录E 动力学方程散射项的推导 |
| E.1 超导态动力学方程散射项的推导 |
| 附录F 手征p-波超导体中的反常霍尔效应的一些补充材料 |
| F.1 规范不变光学Bloch方程 |
| F.2 纵向光电流 |
| F.3 公式(7.48)的解析推导 |
| 附录G 超导体中的三流体模型的一些补充材料 |
| G.1 公式(8.40)的推导 |
| G.2 公式(8.44)的推导 |
| G.3 公式(8.73)的推导 |
| G.4 序参量涨落 |
| 附录H 集体激发的光学响应的一些补充材料 |
| H.1 公式(9.22)和(9.34)的推导 |
| H.2 公式(9.28)的推导 |
| H.3 公式(9.40)和(9.44)以及n~(2ω)的推导 |
| H.4 公式(9.48)的推导 |
| 附录Ⅰ 散射对超导体光学响应的影响的一些补充材料 |
| I.1 公式(10.14)的推导 |
| I.2 光电导解析式(10.20)和(10.21)的推导 |
| I.3 公式(10.25)的推导 |
| I.4 方程(10.33)-(10.35)的解 |
| I.5 公式(10.40)的推导 |
| I.6 相位模的响应 |
| 附录J d-波超导体中的Higgs模的一些补充材料 |
| J.1 d-波超导态的规范不变和电荷守恒 |
| J.2 散射项 |
| J.3 规范不变动力学方程的解 |
| J.3.1 线性响应 |
| J.3.2 二阶响应 |
| J.4 旋转对称性 |
| J.5 霍尔热流 |
| 参考文献 |
| 博士期间发表的论文及会议报告 |
| 致谢 |
（3）电场驱动离子迁移调控功能氧化物性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 缩略词 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 功能金属氧化物简介 |
| 1.2.1 钙钛矿过渡金属氧化物钴酸锶(SrCoO_(3-δ))简介 |
| 1.2.2 强关联电子材料二氧化钒(VO_2)简介 |
| 1.2.3 宽禁带氧化物半导体氧化锌(ZnO)简介 |
| 1.3 氧化物薄膜性能调控的手段 |
| 1.3.1 元素掺杂 |
| 1.3.2 应力调控 |
| 1.3.3 电场调控 |
| 1.4 本论文的主要研究内容和章节安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 样品的制备技术与测量分析手段 |
| 2.1 样品制备技术 |
| 2.1.1 脉冲激光沉积 |
| 2.1.2 真空热蒸发镀膜 |
| 2.2 样品测量分析手段 |
| 2.2.1 X射线衍射 |
| 2.2.2 X射线光电子能谱 |
| 2.2.3 扫描电子显微镜 |
| 2.2.4 透射电子显微镜 |
| 2.2.5 原子力显微镜 |
| 2.2.6 超导量子干涉仪 |
| 2.2.7 光电及电池性能测试 |
| 参考文献 |
| 第三章 电场驱动O~(2-)迁移调控SrCoO_(2.5)薄膜的铁磁金属-反铁磁绝缘体转变 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 器件的制备和表征 |
| 3.2.1 器件的制备 |
| 3.2.2 测量表征方法 |
| 3.3 实验结果及讨论 |
| 3.3.1 外延SrCoO_(2.5)薄膜的结构表征 |
| 3.3.2 电场调控SrCoO_(2.5)薄膜的铁磁金属-反铁磁绝缘体转变 |
| 3.3.3 电场调控SrCoO_(2.5)薄膜相变的物理机制 |
| 3.3.4 非晶SrCoOc薄膜用于自供电的柔性紫外探测器 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 电场驱动H~+迁移实现VO_2薄膜的三态相变 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 器件的制备和表征 |
| 4.2.1 器件的制备 |
| 4.2.2 测量表征方法 |
| 4.3 实验结果及讨论 |
| 4.3.1 结构表征 |
| 4.3.2 电场调控VO_2薄膜三态相变 |
| 4.3.3 电场调控VO_2薄膜三态相变的物理机制 |
| 4.3.4 薄膜中H~+浓度随温度的动态变化 |
| 4.3.5 薄膜氢化的稳定性及脉冲电压响应 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 电场驱动Li~+迁移诱导透明导电薄膜的电致变色 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 器件的制备和表征 |
| 5.2.1 器件的封装 |
| 5.2.2 测量表征方法 |
| 5.3 实验结果及讨论 |
| 5.3.1 结构表征 |
| 5.3.2 电致变色特性 |
| 5.3.3 器件的稳定性 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 电场驱动F-迁移实现电压可控多功能光电器件 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 器件的制备和表征 |
| 6.2.1 器件的制备 |
| 6.2.2 测量表征方法 |
| 6.3 实验结果及讨论 |
| 6.3.1 结构表征 |
| 6.3.2 非易失的场效应晶体管 |
| 6.3.3 光电特性 |
| 6.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 总结和展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 本论文的特色和创新 |
| 7.3 工作展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士期间发表的学术论文 |
| 博士期间参加的学术会议 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（4）几类超导拓扑材料的点接触谱研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 超导发展史话 |
| 1.2 超导-金属界面的输运特性 |
| 1.2.1 量子隧穿效应 |
| 1.2.2 Andreev反射 |
| 1.2.3 Blonder-Thinkham-Klapwijk(BTK)模型 |
| 1.2.3.1 标准BTK模型 |
| 1.2.3.2 两能带BTK模型 |
| 1.2.3.3 经过拓展的BTK模型 |
| 2 低温测量及其实验平台 |
| 2.1 PPMS测量系统 |
| 2.2 He-3测量系统 |
| 3 点接触谱测量方法 |
| 3.1 点接触谱测量实现条件 |
| 3.1.1 不同类型的点接触结构 |
| 3.1.2 点接触的不同接触机制 |
| 3.2 点接触谱测量实验方法 |
| 3.2.1 点接触测量电路 |
| 3.2.2 机械点接触谱测量 |
| 3.2.3 软点接触谱测量 |
| 3.2.4 转角点接触谱测量 |
| 3.2.5 压力下点接触谱测量 |
| 4 点接触谱在超导拓扑材料PdTe_2上的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 样品的制备和物性表征 |
| 4.3 实验结果和讨论 |
| 4.3.1 软点接触谱和机械点接触谱对PdTe_2超导能隙的研究 |
| 4.3.2 软点接触谱和机械点接触谱对PdTe_2在磁场中行为的研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 点接触谱在超导拓扑材料PbTaSe_2上的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 样品的制备和物性表征 |
| 5.3 实验结果和讨论 |
| 5.3.1 PbTaSe_2的软点接触谱研究 |
| 5.3.2 关于PbTaSe_2中存在的表面超导电性 |
| 5.3.3 PbTaSe_2的机械点接触谱研究 |
| 5.3.4 PbTaSe_2的转角点接触谱研究 |
| 5.3.5 PbTaSe_2的压力下点接触谱研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 拓扑绝缘体Bi_2Se_3上脉冲电压诱导的局部超导电性 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 样品的制备和物性表征 |
| 6.3 实验结果和讨论 |
| 6.3.1 “电击”出来的超导 |
| 6.3.2 电阻上的证据 |
| 6.3.3 Au-Bi_2Se_3,Cu-Bi_2Se_3,Ti-Bi_2Se_3型点接触的“电击效果” |
| 6.3.4 背后的机理与潜在的应用 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
（5）过渡金属氧化物薄膜体系界面性质及外场调控的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 钙钛矿型过渡金属氧化物 |
| 1.2 关联氧化物电子学 |
| 1.2.1 晶体场理论 |
| 1.2.2 异质结界面性质 |
| 1.2.3 氧化物超晶格性质 |
| 1.3 氧化物磁交换作用 |
| 1.3.1 直接交换作用 |
| 1.3.2 超交换作用 |
| 1.3.3 双交换作用 |
| 1.4 铁电调控下的关联氧化物 |
| 1.4.1 铁电材料 |
| 1.4.2 铁电随机存储器 |
| 1.4.3 铁电隧道结 |
| 1.5 4d和5d关联氧化物特性 |
| 1.5.2 SrRuO_3薄膜性质 |
| 1.5.3 SrIrO_3薄膜性质 |
| 1.6 论文研究思路及结构 |
| 1.7 本章参考文献 |
| 第二章 实验方法 |
| 2.1 脉冲激光沉积(PLD) |
| 2.2 高能电子衍射仪(RHEED) |
| 2.3 靶材的制备 |
| 2.4 衬底表面处理 |
| 2.5 铁电隧道结制备工艺 |
| 2.6 表征技术 |
| 2.6.1 X射线衍射(XRD) |
| 2.6.2 原子力显微镜(AFM) |
| 2.6.3 压电力显微镜(PFM) |
| 2.6.4 透射电子显微镜(TEM) |
| 2.7 性质测试技术 |
| 2.7.1 综合物理性质测试系统(PPMS) |
| 2.7.2 超导量子干涉仪(SQUID) |
| 2.7.3 振动样品磁强计(VSM) |
| 2.8 本章参考文献 |
| 第三章 La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3/BaTiO_3 超晶格磁性质研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 高质量超晶格的制备及表征 |
| 3.2.1 靶材质量的确定 |
| 3.2.2 LSMO/BTO超晶格的制备及生长 |
| 3.2.3 LSMO/BTO超晶格结构表征 |
| 3.3 外延应力对超晶格磁性质的影响 |
| 3.3.1 外延应力对超晶格饱和磁化强度的影响 |
| 3.3.2 外延应力对超晶格磁各向异性的影响 |
| 3.3.3 LSMO/BTO超晶格界面磁性质 |
| 3.4 铁电调控La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3/BaTiO_3磁性质 |
| 3.4.1 铁电调控磁性质 |
| 3.4.2 铁电调控LSMO/BTO磁性质 |
| 3.5 本章小结 |
| 3.6 本章参考文献 |
| 第四章 La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3/BaTiO_3/Nb:SrTiO_3铁电隧道结性质研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 高质量铁电隧道结的制备及表征 |
| 4.2.1 LSMO/BTO/NSTO铁电隧道结的制备 |
| 4.2.2 室温下界面效应对铁电隧道结的TER的影响 |
| 4.2.3 低温电子-电子相互作用对铁电隧道结的TER的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 4.4 本章参考文献 |
| 第五章 4d和5d过渡金属氧化物薄膜输运性质的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 4d和5d过渡金属氧化物薄膜制备及表征 |
| 5.2.1 靶材及薄膜质量的确定 |
| 5.2.2 SIO薄膜的输运性质 |
| 5.2.3 SRO薄膜的输运性质 |
| 5.3 本章小结 |
| 5.4 本章参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 问题 |
| 6.3 展望 |
| 致谢 |
| 博士期间研究成果 |
（6）高场磁体用Nb3Al超导线材制备及电磁特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 超导电性 |
| 1.2.1 超导的发展史 |
| 1.2.2 超导体的基本概念 |
| 1.2.3 超导微观理论 |
| 1.2.4 超导技术应用 |
| 1.3 Nb_3Al超导材料研究进展 |
| 1.3.1 Nb-Al二元相图和Nb-Al-Cu三元相图 |
| 1.3.2 Nb_3Al超导线材制备方法 |
| 1.3.3 金属材料的塑性变形机理 |
| 1.3.4 Nb_3Al超导线材热处理方法 |
| 1.3.5 过饱和固溶体Nb(Al)_(ss)的加工性 |
| 1.3.6 Nb_3Al超导线表面覆铜技术 |
| 1.3.7 Nb_3Al超导线材的应用 |
| 1.3.8 Nb_3Al超导线材存在的问题 |
| 1.4 本文研究内容和目标 |
| 第2章 实验方法及表征分析 |
| 2.1 基本实验方法简介 |
| 2.2 检测方法 |
| 2.2.1 X射线衍射分析 |
| 2.2.2 透射电镜分析 |
| 2.2.3 扫描电镜分析 |
| 2.2.4 电输运性能测量 |
| 2.2.5 磁学性质测量 |
| 第3章 套管法制备Nb_3Al超导长线及性能研究 |
| 3.1 实验材料及过程 |
| 3.2 Nb_3Al前驱体线材制备 |
| 3.2.1 Nb_3Al单芯一次复合棒加工 |
| 3.2.2 Nb_3Al多芯二次复合线材加工 |
| 3.2.3 Nb_3Al多芯三次复合线材加工 |
| 3.3 Nb_3Al前驱体线材热处理及低温超导性能 |
| 3.3.1 低温扩散热处对Nb_3Al超导性能的影响 |
| 3.3.2 不同快热急冷热处理条件对Nb_3Al超导性能的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 粉末装管法Nb_3Al超导线材制备及物性 |
| 4.1 实验原材料要求及实验过程 |
| 4.2 高能球磨条件对Nb_3Al超导体成相及性能的影响 |
| 4.2.1 球磨时间对Nb_3Al超导相成相的影响 |
| 4.2.2 Al含量对Nb_3Al超导相成相的影响 |
| 4.2.3 退火条件对Nb_3Al超导相成相的影响 |
| 4.2.4 高压热处理对Nb_3Al成相及低温性能的影响 |
| 4.3 高能球磨Nb_3Al超导线材制备及性能 |
| 4.4 粉末法线材RHQ热处理 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 卷绕法制备Nb_3Al超导长线及物性研究 |
| 5.1 实验原材料及过程 |
| 5.2 卷绕法制备单芯Nb_3Al前驱体线材 |
| 5.3 卷绕法多芯Nb_3Al前驱体线材的制备 |
| 5.4 低温扩散法制备Nb_3Al超导线材结构与性能 |
| 5.5 快热急冷热处理Nb_3Al超导线材微观结构及超导性能 |
| 5.5.1 Nb_3Al短样的RHQ热处理 |
| 5.5.2 单芯长线的RHQ热处理 |
| 5.5.3 18芯长线RHQ热处理 |
| 5.5.4 24芯长线连续RHQ热处理 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 Nb_3Al超导磁体制作及性能测试 |
| 6.1 18芯Nb_3Al超导线材低温性能 |
| 6.2 内插磁体线圈设计及绝缘固化材料选择 |
| 6.3 内插磁体线圈的制作 |
| 6.4 磁体线圈励磁测试 |
| 6.5 本章小结 |
| 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
（7）基于拓扑绝缘体的拓扑约瑟夫森结的超流性质（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 第2章 拓扑绝缘体简介 |
| 2.1 量子自旋霍尔效应----二维拓扑绝缘体与边缘态 |
| 2.2 三维拓扑绝缘体与表面态 |
| 2.3 超导和铁磁邻近效应 |
| 第3章 BTK理论和约瑟夫森效应 |
| 3.1 Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程 |
| 3.2 Andreev反射 |
| 3.3 Blonder-Tinkham-Klapwijk(BTK)理论 |
| 3.4 约瑟夫森效应 |
| 第4章 基于狭窄的二维拓扑绝缘体的超导/正常/超导约瑟夫森结的超流性质 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 模型与解析推导 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 门电压控制的π拓扑Josephson结和相位蓄电池(phasebattery) |
| 4.3.2 门电压控制的超流整流器(supercurrent rectifier) |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于三维拓扑绝缘体的超导/铁磁/正常/铁磁/超导约瑟夫森结的超流性质 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 模型与解析推导 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 磁化方向夹角控制的π拓扑Josephson结和相位蓄电池(phasebattery) |
| 5.3.2 平行磁构型下,磁交换场的y分量控制的超流开关效应 |
| 5.3.3 磁交换场的y分量作用下的超流自旋阀效应(supercurrentspin valve effect) |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 在读期间发表的学术论文及研究成果 |
| 致谢 |
（8）激光照射下高Tc超导体YBCO陶瓷的迟滞效应（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 高温超导材料发展史 |
| 1.2 高温超导体的特征及超导机制 |
| 1.2.1 超导体的特征参数和分类 |
| 1.2.2 高温超导机制 |
| 1.3 高温超导材料的应用及展望 |
| 第二章 高温超导材料钇钡铜氧的光辐照研究 |
| 2.1 YBa_2Cu_3O_(7-δ)陶瓷的晶体结构 |
| 2.2 光对高温超导体YBCO的作用 |
| 2.2.1 光对YBa_2Cu_3O_(7-δ)电阻影响的研究 |
| 2.2.2 YBa_2Cu_3O_(7-δ)的光伏特性 |
| 2.3 本课题的研究思路及主要内容 |
| 第三章 样品制备和性能表征 |
| 3.1 YBa_2Cu_3O_(7-δ)陶瓷样品制备 |
| 3.2 YBa_2Cu_3O_(7-δ)样品性能表征 |
| 3.2.1 X射线衍射分析(XRD) |
| 3.2.2 场发射扫描电镜(SEM) |
| 3.2.3 振动样品磁强计(Versalab) |
| 第四章 光照射下YBa_2Cu_3O_(6.96)超导体迟滞现象研究 |
| 4.1 光照射下YBa_2Cu_3O_(6.96)陶瓷样品电学特性的迟滞效应 |
| 4.1.1 光强对样品电阻迟滞现象的影响 |
| 4.1.2 温度对样品电阻迟滞现象的影响 |
| 4.1.3 改变光斑位置观察到的迟滞效应 |
| 4.2 YBa_2Cu_3O_(6.96)陶瓷样品光伏特性的迟滞效应 |
| 4.2.1 YBa_2Cu_3O_(6.96)陶瓷样品的光伏特性 |
| 4.2.2 样品光伏效应中的迟滞效应 |
| 第五章 总结 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间研究成果 |
（9）高温超导约瑟夫森双晶结太赫兹谐波混频器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 超导电子学简介 |
| 1.2 太赫兹波简介 |
| 1.3 THz波的检测 |
| 1.3.1 常见的THz检测器及国内外研究现状 |
| 1.4 本论文研究的内容 |
| 第2章 高温超导约瑟夫森结 |
| 2.1 约瑟夫森效应 |
| 2.2 约瑟夫森方程 |
| 2.3 噪声对约瑟夫森结特性的影响 |
| 2.4 高温超导约瑟夫森双晶结的制备以及表征 |
| 2.4.1 高温超导约瑟夫森双晶结的制备 |
| 2.4.2 高温超导约瑟夫森双晶结的表征 |
| 第3章 高温超导约瑟夫森结谐波混频系统 |
| 3.1 背景介绍 |
| 3.1.1 混频器简介 |
| 3.1.2 混频器混频原理 |
| 3.2 YBCO双晶结THz谐波混频系统 |
| 3.2.1 系统介绍 |
| 3.2.2 系统改进 |
| 3.3 混频测量实验结果 |
| 3.3.1 GM制冷机上的混频检测 |
| 3.3.2 液氦杜瓦上的谐波混频实验 |
| 第4章 YBCO约瑟夫森双晶结混频器性能分析 |
| 4.1 双晶结混频器的主要指标和定义 |
| 4.1.1 变频效率 |
| 4.1.2 噪声系数 |
| 4.1.3 动态范围 |
| 4.1.4 隔离度 |
| 4.2 约瑟夫森结混频器的变频效率的测量分析 |
| 4.2.1 变频效率的定义及计算 |
| 4.2.2 变频效率测量结果 |
| 4.3 约瑟夫森结混频器噪声温度测量 |
| 4.3.1 Y因子法测量噪声温度原理 |
| 4.3.2 液氦杜瓦中噪声温度测量结果 |
| 4.3.3 GM制冷机中噪声温度测量结果 |
| 第5章 总结 |
| 参考文献 |
| 硕士期间研究成果 |
| 致谢 |
（10）全铌超导Josephson结的EWB仿真模型（论文提纲范文）
| 1 Josephson效应简介 |
| 2 Josephson结的I-V特性曲线和常用模型 |
| 2.1 Josephson结的I-V特性曲线 |
| 2.2 Josephson结常用模型 |
| 3 Josephson结的电路 (EWB) 模型与仿真 |
| 3.1 电路仿真软件EWB |
| 3.2 Josephson结的电路 (EWB) 模型 |
| 3.3 理想Josephson结在EWB中的模型的验证结果 |
| 4 Josephson结特性的实验测量 |
| 6 结语 |
四、对Josephson效应I-V特性的理论研究（论文参考文献）
- [1]大型超导装置失超保护系统换流回路及其关键问题研究[D]. 仝玮. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [2]非平衡动力学：从二维材料自旋动力学到超导体的电磁响应[D]. 杨飞. 中国科学技术大学, 2021(06)
- [3]电场驱动离子迁移调控功能氧化物性能研究[D]. 王东. 山东大学, 2020(08)
- [4]几类超导拓扑材料的点接触谱研究[D]. 乐天. 浙江大学, 2020(01)
- [5]过渡金属氧化物薄膜体系界面性质及外场调控的研究[D]. 陈立明. 南京大学, 2020(04)
- [6]高场磁体用Nb3Al超导线材制备及电磁特性研究[D]. 孙霞光. 西南交通大学, 2019(06)
- [7]基于拓扑绝缘体的拓扑约瑟夫森结的超流性质[D]. 俞清云. 南京师范大学, 2018(01)
- [8]激光照射下高Tc超导体YBCO陶瓷的迟滞效应[D]. 韩梦媛. 河南师范大学, 2016(04)
- [9]高温超导约瑟夫森双晶结太赫兹谐波混频器研究[D]. 张明义. 南京大学, 2016(10)
- [10]全铌超导Josephson结的EWB仿真模型[J]. 宿非凡,王瑞峰. 大学物理实验, 2014(03)