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《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》 2017年
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二维周期结构薄膜超导转变区输运性质的研究

裴子玺  
【摘要】:超导体具有抗磁性,当其进入超导转变区时,内部会进入磁通,磁通的运动将是影响其电阻变化的主要因素。对于拥有二维周期结构的超导薄膜,其拓扑结构将是影响磁阻变化的主要因素。输运测量作为研究体系集体响应的研究手段,可以间接的说明磁通在超导体内的运动及排布情况。本论文主要介绍通过微纳米加工手段制备具有不同二维结构的孔阵列,利用电磁输运性质的测量手段研究了不同结构对于转变区磁阻曲线的影响,并据此来推测超导体内磁通的各种结构。论文中研究的实验现象分为两部分,第一是磁阻曲线周期的研究。磁阻曲线的振荡效应称为匹配效应,即在特定的磁场下,磁阻曲线出现极小值,这些磁场称为匹配场。匹配场一般具有周期性,具体表现为匹配场为最小匹配场(第一匹配场)的整数倍。磁阻的振荡效应虽然相似,但是却由不同的机制引起。第一种是将磁通视为粒子的钉扎机制。当钉扎中心间隙较大时,由于磁通量子化效应,超导体中的磁通为磁通量子的整数倍,可以将超导体中的磁通视为粒子。磁通之间相互排斥,在具有钉扎中心(一般为超导体中的杂质或者缺陷)的超导体中又受到钉扎力的影响。在较小磁场的情况下,磁通由于钉扎力的作用和钉扎势的存在,被束缚于钉扎中心。当钉扎中心具有周期性时,束缚于每个钉扎点的磁通为磁通量子的整数倍,磁通之间的相互作用力抵消,形成稳定的结构。加磁场之后,超导体的电阻来源于磁通的运动引起的反向电压。当具有周期钉扎中心的超导体加上输运电流之后,磁通虽然受到洛伦兹力的作用,但是钉扎势的存在使得钉扎力与洛伦兹力方向相反,相互抵消,在匹配场下磁通之间相互作用力抵消,所有力的合力为零,磁通处于稳定状态,超导体的电阻表现为极小值。实验的结果验证了磁阻曲线的匹配效应。而随着磁场的增大,磁阻曲线的周期改变,磁阻曲线出现整体的下降,这些现象为间隙磁通的进入提供了证据。匹配场周期的改变是由于间隙磁通的进入而使得磁通格子的周期发生改变,磁阻曲线的整体下降是由于间隙磁通进入进一步束缚了磁通的运动。第二部分是关于第一匹配场内分数匹配效应的研究。实验中在各种不同的样品的测量中都发现了分数匹配场,分数匹配场与第一匹配场的之比决定于圆孔阵列的结构,磁通的分数匹配现象采用磁通的粒子模型是不能解释的。将周期性的圆孔阵列作为钉扎中心与一般的钉扎中心不同在于,孔之间的最小间隙和超导体相干长度差不多,超导序参量在孔之间并不会发生明显变化,因此要采用全磁通量子化条件代替磁通量化条件。此时将较小的间隙区视为线条,将较大的间隙区视为节点,将圆孔阵列简化为线条状网络结构,利用线性GL方程计算,线条状网络的理论计算结果很好的符合了实验现象。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB383.2;TM26

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