高温超导体中约瑟夫森磁通流阻的研究

摘要

自高温超导体被人们发现以来，其超导机理和性质一直是人们研究和关心的问题，也进行了大量实验和理论的探索。高温超导体由于其自身的一些特点，使得它与常规超导体相比较拥有极其丰富的相图，磁通动力学也表现出了非常丰富的研究内容，很多新的概念被提出，新的现象被观察到。在这篇论文工作的第一部分我们简单介绍了高温超导体磁通动力学理论的新发展和本征约瑟夫森结中的涡旋运动理论。我们的主要工作是采用高温超导体的堆叠约瑟夫森结模型(Stacked JoscphsonJunctions：SJJ模型)，通过数值计算耦合sine-Gordon方程组，研究高温超导体中约瑟夫森涡旋(Josephson vortex：JV)的磁通动力学。主要结论如下： (1)我们研究了在不同的外加磁场条件下，约瑟夫森涡旋(JV)随驱动电流变化的运动规律。当驱动电流小于退钉扎临界电流时，JV被钉扎。当驱动电流增大到退钉扎临界电流时，JV开始运动产生了有限电阻。由于在一个强关联涡旋系统中存在很强的钉扎效应，当驱动电流较弱时，只有部分JV被融化开始运动，表现出塑性运动状态。粘滞阻力随着被融化JV数量的增加增大。当驱动电流增大到一个融化临界电流时，涡旋全部被融化。全部融化的涡旋在相互作用下形成关联格子的集体运动。JV格子的集体运动与驱动电流成线性关系，流阻为一稳定的常数值。我们发现不同的磁场条件下有不同的运动特性，电压电流曲线出现不同的台阶效应。我们推测这是JV格子在低磁场下的复杂结构引起的。JV格子动力学相变和相图还有待于进一步的研究。 (2)在一个固定的小电流驱动下，我们研究了JV运动产生的电压随磁场的变化关系。发现当磁场小于某一临界磁场时，JV被钉扎。磁场大于临界磁场时，部分JV退钉扎，开始运动引起耗散电阻，JV运动成塑性流动状态。我们发现当磁场增大到一定值以后，全部融化后的JV运动形成关联格子的集体弹性运动，磁通流阻表现为一个稳定值，并随磁场的变化出现周期性振荡行为。磁通流阻随磁场的增大而表现为高电阻态和低电阻态的稳定振荡。振荡周期有一定的规律。 (3)我们研究高电阻态和低电阻态JV格子的运动图像，用来解释流阻随磁场增加呈周期性振荡的原因。发现由于高温超导体边界对量子化磁通的调制，沿平行于平面方向进入边界的磁场在约瑟夫森结中形成不同构型的JV格子。高阻态时JV格子为三角型周期性格子，涡旋相位在垂直于结平面方向的有序的运动使约瑟夫森结电压相互叠加，形成高电压和高阻态。并且当磁场变化使每个结中含有整数个JV涡旋中心时都为高阻态。当磁场变化使每个结中平均含有半整数个JV涡旋中心时，边界效应使JV的周期性被破坏。无序的涡旋相位运动使约瑟夫森结电压相消，形成JV流阻的低阻态和低电压。振荡周期与每层约瑟夫森结中增加一个磁通量子相对应。在本论文中，我们首次从磁通动力学观点提出了JV电压和流阻随着磁场增大出现周期性的振荡行为的原因是JV运动的有序和无序性。并提出约瑟夫森结对JV运动有很大的钉扎效应。

目录

文摘

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绪论

参考文献

第一章 高温超导体结构及物理特性

§1.1高温超导体的层状结构

§1.2高温超导体本征约瑟夫森效应

§1.3高温超导体中的磁通物质

§1.3.1各向同性超导体中的磁通涡旋

§1.3.2饼涡旋

§1.3.3约瑟夫森涡旋

§1.3.4饼涡旋与约瑟夫森涡旋交叉

§1.4磁通动力学

§1.4.1磁通运动的驱动力

§1.4.2磁通间相互作用力

§1.4.3磁通钉扎

§1.4.4热涨落效应(热激活效应)

§1.4.5磁通蠕动和磁通流动

§1.5本章结论

参考文献

第二章 SJJ模型

§2.1磁场下的约瑟夫森方程

§2.2约瑟夫森结的等效电路

§2.3高温超导体SJJ模型

§2.4 SJJ模型的数值算法

§2.5本章结论

参考文献

第三章 约瑟夫森磁通流阻的研究

§3.1引言

§3.2不同磁场下JV运动与驱动电流γ的关系

§3.3 JV流阻与磁场h的关系

§3.3 JV运动与磁场h的关系

§3.4本章结论

参考文献

第四章 总结与展望

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢