загрузка...

трусы женские
загрузка...

МАГНІТОМЕТРИ

Московський державний інститут електроніки і математики

(технічний університет)

Курсова робота для представлення на кафедру «Матеріалознавство» на тему:

МАГНІТОМЕТРИ на СКВИДах.

Виконав: Подчуфаров А.І.

Викладач: Петров В.С.

Зараховано: 04.06.96

ФІТ ЕП-41

Москва 1996 г.

Зміст :

1. Надпровідність. Основні параметри надпровідників ..... 3
2. Ефект
Джозефсона ................... .............................................
......... 4
3.
Магнітометр ............... ................................................
..................... 5
4. Надпровідний матеріал - підключення Nb3Sn ..... ...................... 8
5. Отримання джозефсоновских переходів ............. ............................ 9
6. Список літератури ........ .................................................. ......
.......... 13
1. Надпровідність. Основні параметри надпровідників.

Явище надпровідності полягає в тому, що при деякій температурі, близькій до абсолютного нуля, електроопір в деяких матеріалах зникає. Ця температура називається критичною температурою переходу в надпровідний стан.

Надпровідність виявлена ??більш ніж у 20 металів і великої кількості з'єднань і сплавів (Тк (23К), а також у керамік (Тк> 77,4К - високотемпературні надпровідники.)

Надпровідність матеріалів з Тк (23К пояснюється наявністю в речовині пар електронів, що володіють енергією Фермі, протилежними спинами і імпульсами (пари Купера), які утворюються завдяки взаємодії електронів з коливаннями іонів решітки - фононами. Всі пари знаходяться, з точки зору квантової механіки, в одному стані (вони не підкоряються статистиці Фермі тому що мають цілочисельний спін) і узгоджені між собою за всіма фізичними параметрами, тобто утворюють єдиний надпровідний конденсат.

Надпровідність керамік, можливо, пояснюється взаємодією електронів з яким-небудь іншими квазічастинками.

По взаємодії з магнітним полем надпровідники діляться на дві основні групи: надпровідники I і II роду.

Надпровідники першого роду при приміщенні їх в магнітне поле
«виштовхують» останнє так, що індукція всередині надпровідника дорівнює нулю
(ефект Мейсснера). Напряжонность магнітного поля, при якому руйнується надпровідність і поле проникає всередину провідника, називається критичним магнітним полем Нк. У надпровідників другого роду існує проміжок напруженості магнітного поля НК2> Н> Нк1, де індукція усередині надпровідника менше індукції провідника в нормальному стані. Нк1 - нижнє критичне поле, НК2 - верхнє критичне поле. Н <Нк1 - індукція в надпровіднику другого роду дорівнює нулю, Н> НК2 - надпровідність порушується. Через ідеальні надпровідники другого роду можна пропускати струм силою: (критичний струм). Пояснюється це тим, що поле, створюване струмом, перевищить Нк1, вихрові нитки, що зароджуються на поверхні зразка, під дією сил Лоренца, рухаються всередину зразка з виділенням тепла, що призводить до втрати надпровідності.

Tk, Нк1, НК2, деяких металів і з'єднань:
| Речовина | Тк К | (0Нк1 Тл | (0Нк2 Тл |
| Pb | 7.2 | 0.55 | |
| Nb | 9.2 | 0.13 | 0.27 |
| Te | 7.8 | | |
| V | 5.3 | | |
| Ta | 4.4 | | |
| Sn | 3.7 | | |
| V3Si | 17.1 | | 23.4 |
| Nb3Sn | 18.2 | | 24.5 |
| Nb3Al | 18.9 | | |
| Nb3Ga | 20.3 | | 34.0 |
| Nb3Ge | 23.0 | | 37.0 |
| (Y0.6Ba0.4) 2CuO | 96 | | 160 ( 20 |
| 4 | | | |
| Y1.2Ba0.3CuO4-8 | 102 | | 18 при 77К |

2. Ефект Джозефсона.


Якщо два надпровідника з'єднати один з одним «слабким» контактом, наприклад найтоншої смужкою з діелектрика, через нього піде тунельний надпровідний струм, тобто відбудеться тунелювання надпровідних куперовских пар. Завдяки цьому обидві системи надпровідників пов'язані між собою. Зв'язок цей дуже слабка, тому що мала ймовірність тунелювання пар навіть через дуже тонкий шар ізолятора.
Наявність зв'язку призводить до того, що в слідстві процесу обміну парами стан обох систем змінюється в часі. При цьому інтенсивність і напрямок обміну визначається різницею фаз хвильових функцій між системами. Якщо різниця фаз (= (1 - (2, тоді з квантової механіки слід. Енергії в точках по одну і іншу сторону бар'єру Е1 і Е2 можуть відрізнятися тільки якщо між цими точками існує різниця потенціалів Us. В цьому випадку (1).
Якщо надпровідники пов'язані між собою з одного боку і розділені слабким контактом з іншого, то напруга на контакті можна викликати, міняючи магнітний потік усередині утворився контуру. При цьому. Враховуючи, що квант потоку і потік Ф через контур може бути лише nФ0, де n = 0, (1, (2, (3, ... Джозефсон передбачив, що (2)
Де:

Is - струм через контакт

Ic - максимальний постійний джозефсонівських струм через контакт

(-різниця фаз.

З (1), ( 2) слід.

Оскільки на фазовий співвідношення між системами влеяет магнітне поле, то надпровідним струмом контура можна управляти магнітним полем. У більшості випадків використовується не один джозефсонівських контакт, а контур з декількох контактів, включених паралельно, так званий надпровідний квантовий інтерферометр Джозефсона (СКВИД). Величина магнітного поля, необхідного для управління струмом, залежить від площі контура і може бать дуже мала. Тому СКВІДи застосовують там, де потрібна велика чутливість.
Відомі кілька типів джозефсоновских контактів, але найбільш поширені такі:

ізолятор

(1нм надпровідники

тунельний перехід перехід типу
«місток»

Магнітометр.

Магнітометр - прилад на основі джозевсоновскіх переходів, що застосовується для вимірювання магнітного поля і градієнта магнітного поля. В магнітометри використовуються СКВІДи 2х типів: на постійному струмі і змінному. Розглянемо магнітометр на СКВДах постійного струму.

I

AB

U

переходи джозефсоновские

Якщо до такого кільцю докласти поле, то воно буде наводити в кільці циркулює надпровідний струм. Він буде відніматися з постійного струму
I в А і складатися в В. Тоді максимальний струм кільця залежить від магнітного потоку Ф і дорівнює: Ic - струм кільця, Ф0 - квант потоку, Ф - захоплений потік. При цьому R - опір переходу, l - індуктивність кільця. (U - досягає декількох мікровольт і може бути виміряна звичайними електронними приладами.


I Imax nФ0

(n + 1/2) Ф0

U n

Малюнок зліва: ВАХ надпровідного кільця з 2-мя джозевсоновскімі переходами.
Малюнок справа: Залежність Imax від зовнішнього потоку n - число квантів потоку пронизують контур.

Технічна реалізація магнітометрів на СКВИДов на постійному струмі з 2-мя тунельная переходами.

Кварцова трубка

Смужка з
Pb


Платиновий електрод

Pb


джозефсоновские

переходи


Платиновий електрод

Контур
СКВИДа утворений циліндричної плівкою з Pb нанесеною на кварцовий циліндр довжиною 18 мм із зовнішнім діаметром 8мм, а внутрішнім 6мм.

Описана тут конструкція яв-
2 мм ляется датчиком включеним в електричному схему, що забезпечує изме-рение і індикацію відгуку датчика

1.5мм на зміну зовнішнього магнітного поля. Така система являє со
600нм 600нм бій магнітометр.

20 нм

Надпровідний матеріал - підключення Nb3Sn.


З'єднання Nb3Sn має Тк = 18.2К і НК2 = 18.5 МА / m ((0Нк = 23Тл) при 4.2К.
Завдяки таким параметрам можна отримати джозефсоновские переходи чутливі як до малих полям 10-17Тл, так і до зміни великих полів (1Тл. З'єднання має такі грати: атоми ніобію розташовані в місцях, зайнятих на малюнку і утворюють зі своїми найближчими сусідами три ланцюжки, перпендикулярні один - одному:

Nb


Sn

Атоми ніобію в цих ланцюжках пов'язані додатковими ковалентними зв'язками.
Ланцюжки ніобію в кристалічній структурі, для отримання понад провідних властивостей не повинні бути порушені, що може статися при надлишку атомів олова або при недостатньому ступені порядку в кристалічній решітці.
Діаграма фазового рівноваги системи Nb-Sn приведена на малюнку:

toC
2500

(+ ж 2000
2000

(

Ж
1500 Nb3Sn3

(+ Nb3Sn 910-920
1000

Nb3Sn

840-860
500 805-820 NbSn7
232-234

Nb 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Sn
З'єднання Nb3Sn крихко і виріб з нього не можуть бать отримані звичайним металургійним шляхом, тобто виплавкою з наступною деформацією. Масивні вироби з цього з'єднання: циліндри, пластини і т.д. отримують, як правило, металокерамічним методом, тобто змішуючи у відповідних пропорціях порошки ніобію і олова, пресуючи вироби потрібної форми і нагріваючи їх до температури освіти хімічної сполуки Nb3Sn, зазвичай в інтервалі 960-1200O.

Отримання джозефсоновских переходів.

Джозефсоновские тунельні переходи являють собою дві тонкі надпровідні плівки розділені бар'єрним шаром діелектрика або напівпровідника. Розглянемо деякі з методів отримання переходів з діелектричним бар'єром. На ретельно очищену підкладку у вакуумі наноситься перша плівка надпровідного з'єднання товщиною в кілька тисяч ангстрем.
Нанесення першого плівки здійснюється шляхом катодного розпилення.


4

1

6

2 Березня 5


Катод
Розпилюючи газ
До вакуумному насосу
Тримач з підкладкою
Постійна напруга 4 кВ
ВЧ - генератор 3-300 МГц

Газовий розряд при низькому тиску можна порушити високочастотним електричним полем. Тоді в газовому проміжку, що містить аргон, виникає тліючий розряд. Утворилися при цьому позитивні іони, розганяються електричним полем, вдаряються про катод розпорошуючи сплав.
Що вилітають з катода атоми осідають на підкладці. У такій системі були досягнуті швидкості осадження до 1А / сек. При зміщенні на катоді - мішені
500В.
Для високочастотного катодного розпилення Nb3Sn необхідний вакуум перед розпиленням 10-4Па, температура підкладки 900OС, чистота напускає аргону
99,999%, його тиск менше 1Па.
Для якості тунельного переходу велике значення має структура плівки.
В напиляних плівках зазвичай сильно спотворена кристалічна решітка, і в них, як правило з часом відбуваються структурні зміни: протягом дислокацій, деформація меж зерен, що може значно погіршити властивості тунельного переходу (наприклад виникнути закоротки).
Одним із способів усунення цих небажаних явищ полягає у внесенні в плівку домішок стабілізуючих їх структуру. Так плівки утворюють тунельний перехід виходили послідовним напиленням In (49нм), Au
(9нм), Nb3Sn (350Нм) для нижнього електрода і Nb3Sn (300нм), Au (5нм),
Nb3Sn (200Нм) для верхнього електрода. Після цього плівки витримувалися при температурі 75оС на протязі 2год., Що приводило до стабілізації властивостей переходу.
Наступним важливим етапом

Сторінки: 1 2
загрузка...
ur.co.ua

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар