高温超导双晶结晶界导向磁通运动特性研究

The study of vortex transport properties of high temperature superconducting (HTS) bicrystal Josephson junction in small magnetic field can be helpful to understanding the interaction mechanism between bicrystal junction and electromagnetic wave, and improving performances of HTS THz detector. This subject aims at detailed study of vortex motion in bicrystal junction and vortex guiding effect of bicrystal grain boundary (GB). We propose to measure the longitudinal and Hall voltages of different bicrystal microbridges with different GB incline angles, to investigate the dependence of pinning forces because of the GB on temperature, magnetic field, current, GB incline angle and other factors. In doing so, we want to find out the law of vortex guiding effect of bicrystal GB. We also propose to describe a simulation model to explain our experiment results. All results are discussed in terms of the phenomenological approach to anisotropic pinning caused by GB’s. This subject can help to deeply understand the vortex transport properties of HTS, analyse the magnetic noise of HTS bicrystal Josephson junction THz detector, and improve performances of the THz detector.

研究高温超导太赫兹检测器中双晶结在小磁场下磁通输运特性，对于深入了解双晶结与电磁波相互作用机理，提高太赫兹检测器特性具有重要意义。本课题针对高温超导双晶结中磁通输运的过程、晶界对磁通运动导向作用、以及磁通输运的过程和变化对双晶结宏观电特性的影响做深入研究。我们利用电子测量手段，测量不同晶界位置角度下晶界微桥的纵向电压（电阻）和霍尔电压等宏观电特性，分析它们在磁场大小和方向、温度、电流等参量条件下的变化规律，从而得到磁通在双晶结微桥区域的分布和流动形式，具体系统的得到双晶晶界对磁通运动的作用规律。同时，利用实验测量与仿真计算相结合的方法，得到与实验结果相吻合的理论模型，解释微观机制。这项研究为深入了解高温超导磁通输运过程，搞清楚双晶结在微小磁场下特性，分析检测器在外界磁干扰下所受到的影响，以及提高双晶结探测器特性提供理论基础与实验依据。

研究高温超导双晶约瑟夫森结在外磁场下的磁通输运特性，对深入理解高温超导双晶约瑟夫森结内部机理，指导和提高双晶结太赫兹波检测器水平具有重要意义。本项目通过实验研究和仿真计算，重点研究不同磁场和温度下双晶结晶界对结磁通运动的影响作用。研究成果为超导约瑟夫森结磁通输运研究打下重要基础。主要研究进展包括：.1）通过空间垂直磁场和倾斜磁场的YBCO双晶结的纵向电压和霍尔电压的同步测量，实验上证实并分析了YBCO双晶结晶界对磁通涡旋运动的导向作用。绘制了双晶结结区在不同电流、不同磁场角度下的磁场温度相图。.2）对不同晶界倾斜角度的YBCO双晶结在磁场下的电流电压特性进行了研究，从而研究磁通在晶界中运动过程。通过理论计算，解释了不同晶界倾斜角度的双晶结临界电流密度Jc以及相互之间Jc差异与外磁场大小呈非线性变化关系的内部机理。.3）对YBCO双晶长约瑟夫森结的电流电压特性随磁场大小、方向变化关系进行了研究。一定条件下当磁场在双晶结ac面大角度倾斜时，电流电压特性曲线会出现磁通运动共振台阶。这证明了斜磁通在晶界面上的分裂效应。我们也估算了斜磁通在晶界的约瑟夫森磁通链的等效纵向磁场强度量级。.4）进行了YBCO双晶结微桥磁通动力学仿真，模拟计算了双晶结中磁通运动过程。得到了不同参数条件下的双晶结微桥磁通空间分布密度与平均运动速度，并与相关实验数据相比较。