介观尺度超导体中的位相涨落与受限量子现象的研究

利用中科院物理所的微加工手段以及低温测量系统开展介观尺度超导体的超导位相涨落以及受限量子现象的研究。主要思想是利用超导磁通的量子化的特性以及超导磁通对超导位相的影响，通过微加工手段在超导体中引入介观尺度的周期性人工结构，实现介观尺度超导体中磁通量子数目的可控，进而控制超导库柏对之间的相干和位相，来进行超导位相涨落的研究。另外，把超导体加工到介观尺度，得到一个超导体的受限量子系统，并通过各种测量手段（电输运、SQUID、远红外光学）对其物性进行研究，来研究受限超导系统中磁场引起的超导位相阻挫和准粒子行为及其引起的量子现象。本项目的研究目的是利用超导体的宏观量子特性，探索在超导磁通量子数可控的情况下进行超导位相涨落的研究以及对超导位相涨落进行调控的可能性，同时，探索超导受限系统中新的现象和规律，拓展我们对超导物性和受限量子体系的认识。

在本项目的支持下，我们利用具有介观尺度周期性孔阵列的超导薄膜样品对介观尺度超导体中的位相涨落与受限量子现象进行了系统研究，完成了项目任务书中的研究计划，在以下几个方面取得了进展：.1、发展了超导样品的微加工工艺能够制备出具有各种纳米尺度周期性对称结构的超导薄膜样品。开发了负胶法制备超导纳米线网络的微加工工艺能够制备出宽度均匀的超导线网络结构，申请发明专利一项；.2、完善了现有的低温强磁场测量系统，通过引入外加磁体电源，大幅提高了磁场的加场精度，从而促进了本项目的各项研究。.3、观察到了具有周期性圆孔结构的超导薄膜中匹配场下的Tc增强效应。.4、证实了具有各项异性圆孔周期性结构的超导薄膜中低场下的磁阻振荡行为来源于约瑟夫森量子干涉效应。.5、发现了周期性圆孔阵列与超导线网络结构的对偶行为，周期性孔阵列中的六角格子和Kagome格子分别与超导线网络的三角格子和t3结构对易。.6、对具有Kagemo圆孔阵列的Nb薄膜中的位相阻挫现象进行了系列研究，发现该阻挫现象来源于超导简并态所导致的位相涨落。.7、发现了高场下周期性孔阵列的超导体中的表面超导电性。