一种约瑟夫森结测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术提供一种约瑟夫测量系统和测量方法，包括励磁线圈、样品超导环路和超导探测器结构；励磁线圈接入励磁电流并产生励磁磁通，样品超导环路根据所述励磁磁通产生所述样品约瑟夫森结两端之间的相位和样品超导环路的超导电流；超导探测器结构根据所述超导磁通输出得到输出电压；其中，基于所述励磁磁通与励磁电流的关系和所述励磁磁通与所述样品约瑟夫森结两端之间的相位的关系能够得到样品约瑟夫森结的相位与励磁电流的关系；根据所述输出电压、所述励磁电流、所述超导电流和所述样品约瑟夫森结的相位与励磁电流的关系得到样品约瑟夫森结的相位与超导电流之间的关系。本发明专利技术能够准确得到约瑟夫森结的完整信息。发明专利技术能够准确得到约瑟夫森结的完整信息。发明专利技术能够准确得到约瑟夫森结的完整信息。

【技术实现步骤摘要】
一种约瑟夫森结测量系统及测量方法


[0001]本专利技术涉及超导
，特别是涉及一种约瑟夫森结测量系统及测量方法。

技术介绍

[0002]随着超导量子比特和超导集成电路的高速发展，超导电路或将成为未来信息技术的重要组成部分。超导约瑟夫森结是超导电路中的基本单元，结的超导电流与结两端超导体中波函数相位差之间存在函数关系，这是超导宏观量子效应的一种体现。理想约瑟夫森结的电流
‑
相位关系(CPR)呈现正弦函数I
s
＝I
c
sinθ，这里I
s
是流过结的超导电流，I
c
是结的临界电流，θ是结两端的相位差，这是基本的直流约瑟夫森效应。然而，实际情况中随着材料缺陷和边界效应的影响，CPR往往会偏离正弦函数。对于基于约瑟夫森结的电子器件来说，微小的偏离对于器件的性能都会产生影响。除此之外，随着超导材料科学和纳米制造技术的进步，各种新型约瑟夫森结应运而生。其中很多结的模型已经不仅仅是偏离理想的正弦函数电流
‑
相位关系了，而是会有更为复杂的电流
‑
相位关系。因此准确测量电流
‑
相位关系对于研究量子材料的基本属性，验证非常规约瑟夫森结的物理模型，进一步发展超导约瑟夫森器件性能均具有非常重要的基础意义。
[0003]由于超导波函数的相位不是可以直接测量的物理量，所以目前电流
‑
相位关系都是采用间接测量的方法，主要有以下两种测量方法。
[0004]一种是将样品约瑟夫森结连入一个超导环路，通过磁场或者电流激励的方式来改变环路中的磁通，然后环路的磁通可以变化成结两端的相位，通过一个读出SQUID测量超导环路上因为磁通变化产生的感生电流。这种方法虽然可以测量到电流
‑
相位关系的主要特征，但是SQUID测到的是感生电流耦合到SQUID环路的磁通从而无法精确测量环路内确切的电流值。
[0005]另一种测量方法是利用一个待测的约瑟夫森结和一个临界电流非常大的参考结构成的一个不对称的SQUID来进行测试，这种方法可以直接得到经过结的电流值，然而要求待测结的临界电流必须远小于参考结的临界电流，而且默认参考结为是一个理想的约瑟夫森结，这时SQUID的磁通调制关系可被近似成待测结的电流
‑
相位关系。这种测量方法基于不对称的SUID进行测试获得近似结果准确性也较差。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种约瑟夫森结测量系统及测量方法，用于解决现有技术中约瑟夫森结测量不准确的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种约瑟夫森结测量系统，包括：
[0008]励磁线圈，所述励磁线圈接入励磁电流，根据所述励磁电流产生励磁磁通；
[0009]样品超导环路，所述样品超导环路包括超导环和样品约瑟夫森结，所述样品约瑟夫森结串联在所述超导环中；所述样品超导环路根据所述励磁磁通产生所述样品约瑟夫森结两端之间的相位和样品超导环路的超导电流；
[0010]超导探测器结构，所述超导探测器结构包括超导量子干涉器环路，所述超导量子干涉器环路探测得到根据所述超导电流耦合至所述超导量子干涉器环路中的超导磁通，所述超导探测器结构根据所述超导磁通输出得到输出电压；
[0011]其中，基于所述励磁磁通与励磁电流的关系和所述励磁磁通与所述样品约瑟夫森结两端之间的相位的关系能够得到样品约瑟夫森结的相位与励磁电流的关系；
[0012]根据所述输出电压、所述励磁电流、所述超导电流和所述样品约瑟夫森结的相位与励磁电流的关系得到样品约瑟夫森结的相位与超导电流之间的关系。
[0013]优选地，所述样品约瑟夫森结包括两个，两个样品约瑟夫森结串联在超导环中，且将超导环分成两个通过所述样品约瑟夫森结连接的两个超导体。
[0014]优选地，所述超导环路设置有正电流测试端、负电流测试端、正电压测试端和负电压测试端；所述正电压测试端和所述正电流测试端连接其中一个超导体，所述负电压测试端和所述负电流测试端连接另一个超导体；其中，控制所述励磁电流得到电流测试端的临界电流，根据临界电流与超导电流之间的关系和所述励磁电流得到所述超导电流。
[0015]优选地，所述超导探测器结构还包括比较放大器、反馈电阻和反馈线圈；
[0016]所述比较放大器的输入端连接超导量子干涉器环路，所述比较放大器根据所述超导量子干涉器环路的电流和偏置电流得到所述输出电压；
[0017]所述反馈电阻的一端连接所述反馈线圈的一端，所述反馈线圈的另一端接地；
[0018]所述比较放大器的输出端和所述反馈电阻的另一端均连接所述超导探测器结构的输出端。
[0019]优选地，所述超导量子干涉器环路包括第一支路和第二支路；
[0020]所述第一支路包括串联的第一感应线圈和第一参考约瑟夫森结；
[0021]所述第二支路包括串联的第二感应线圈和第二参考约瑟夫森结；
[0022]所述第一感应线圈和所述第二感应线圈相连形成第一连接点，所述第一连接点连接所述比较放大器的输入端；
[0023]所述第一参考约瑟夫森结和所述第二参考约瑟夫森结相连形成第二连接点，所述第二连接点接地。
[0024]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种约瑟夫森结测量方法，至少包括以下步骤：
[0025]基于约瑟夫森结测量系统进行测试实验并得到测试结果；所述测试实验通过控制励磁电流输出不同的输出电压；所述测试结果包括励磁电流、超导电流、输出电压和临界电流；
[0026]对测试结果进行处理得到样品约瑟夫森结的相位与励磁电流的关系；
[0027]对测试结果进行处理得到励磁电流与超导电流之间的关系；
[0028]根据所述励磁电流与超导电流之间的关系和所述样品约瑟夫森结的相位与励磁电流的关系得到样品约瑟夫森结的相位与超导电流之间的关系。
[0029]优选地，对测试结果进行处理得到样品约瑟夫森结的相位与励磁电流的关系包括：
[0030]对测试结果的临界电流和励磁电流关系进行处理得到样品约瑟夫森结和励磁线圈之间的互感；
[0031]根据所述样品约瑟夫森结和励磁线圈之间的互感和约瑟夫森结的相位与励磁电流的关系得到样品约瑟夫森结的相位与励磁电流的关系。
[0032]优选地，对测试结果进行处理得到励磁电流与超导电流之间的关系包括：
[0033]根据测试结果得到输出电压与超导电流之间的关系；
[0034]根据测试结果得到输出电压与励磁电流之间的关系；
[0035]根据所述输出电压与超导电流之间的关系和所述输出电压与励磁电流之间的关系得到励磁电流与超导电流之间的关系。
[0036]优选地，根据所述测试结果还得到样品超导约瑟夫森结电压与电流之间的关系。
[0037]如上所述，本专利技术的约瑟夫森结测量系统及测量方法，具有以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种约瑟夫森结测量系统，其特征在于，包括：励磁线圈，所述励磁线圈接入励磁电流，根据所述励磁电流产生励磁磁通；样品超导环路，所述样品超导环路包括超导环和样品约瑟夫森结，所述样品约瑟夫森结串联在所述超导环中；所述样品超导环路根据所述励磁磁通产生所述样品约瑟夫森结两端之间的相位和样品超导环路的超导电流；超导探测器结构，所述超导探测器结构包括超导量子干涉器环路，所述超导量子干涉器环路探测得到根据所述超导电流耦合至所述超导量子干涉器环路中的超导磁通，所述超导探测器结构根据所述超导磁通输出得到输出电压；其中，基于所述励磁磁通与励磁电流的关系和所述励磁磁通与所述样品约瑟夫森结两端之间的相位的关系能够得到样品约瑟夫森结的相位与励磁电流的关系；根据所述输出电压、所述励磁电流、所述超导电流和所述样品约瑟夫森结的相位与励磁电流的关系得到样品约瑟夫森结的相位与超导电流之间的关系。2.根据权利要求1所述的约瑟夫森结测量系统，其特征在于，所述样品约瑟夫森结包括两个，两个样品约瑟夫森结串联在超导环中，且将超导环分成两个通过所述样品约瑟夫森结连接的两个超导体。3.根据权利要求2所述的约瑟夫森结测量系统，其特征在于，所述超导环路设置有正电流测试端、负电流测试端、正电压测试端和负电压测试端；所述正电压测试端和所述正电流测试端连接其中一个超导体，所述负电压测试端和所述负电流测试端连接另一个超导体；其中，控制所述励磁电流得到电流测试端的临界电流，根据临界电流与超导电流之间的关系和所述励磁电流得到所述超导电流。4.根据权利要求1所述的约瑟夫森结测量系统，其特征在于，所述超导探测器结构还包括比较放大器、反馈电阻和反馈线圈；所述比较放大器的输入端连接超导量子干涉器环路，所述比较放大器根据所述超导量子干涉器环路的电流和偏置电流得到所述输出电压；所述反馈电阻的一端连接所述反馈线圈的一端，所述反馈线圈的另一端接地；所述比较放大器的输出端和所述反馈电阻的另一端均连接所述超导探测器结构的输出端。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈垒，王悦，王镇，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：