微、纳米尺度超导体输运性质及量子磁通器件研究

当超导体的几何尺寸趋近于超导相干长度或穿透深度时，将呈现出丰富而独特的物理现象，使得微、纳米尺度超导体成为凝聚态物理研究领域的一个热点，也为磁通动力学研究提供新的课题。我们采用磁控溅射和激光分子束外延方法制备数十纳米厚度的高温氧化物超导体或低温常规超导体薄膜，利用微纳米加工技术得到平面尺度为微米至数十纳米宽度的样品，通过输运测量研究低维和小尺度超导体的奇异性质和磁通动力学行为。同时我们采用理论模拟计算研究微、纳米尺度超导体中磁通、巨磁通的形成和湮灭，以及磁通运动和动力学相变与样品尺寸和几何形状上的依赖关系，得出微、纳米尺度超导体的磁通动力学图像，并解释实验测量结果。在此基础上开展微、纳米超导功能器件原型的设计、研究，利用不同几何形状的微、纳米尺度超导体控制单个磁通量子定向运动，探索新型超导磁通器件。

我们采用磁控溅射和脉冲激光沉积方法制备高质量的高温铜氧化物和低温常规金属超导薄膜和异质结，利用微加工手段制备出微、纳米尺度的超导线或钉扎中心来研究外加磁场情形下的输运性质和磁通动力学。在磁场倾斜情形下，实验测量结果证实了层状铜氧化物超导体中存在约瑟夫森磁通和Abrikosov磁通相互作用，并发现该相互作用显著增强了铜氧化物超导体中磁通运动引起的反常霍尔效应。利用电子型铜氧化物LaCeCuO超导薄膜和空穴型超大巨磁阻LaSrMnO薄膜与铁电体BaSrTiO或绝缘体SrTiO材料成功制备了钙钛矿氧化物结构的超导二极管整流器件。采用有限元方法和含时金兹堡-朗道方程研究超导体在极端条件尺寸下所呈现的奇异输运特性和磁通动力学，很好地解释了在超导微、纳米线实验测量中发现的磁电阻振荡现象。在非对称微、纳米钉扎结构超导薄膜中，利用交流驱动研究磁通整流特性，得到了GHz波段的磁通整流响应。在这几个方面的研究中，我们按照原有计划进行并达到预期目标。