周期性孔陣列超導(dǎo)薄膜的制備及其輸運(yùn)性質(zhì)的研究.pdf

1、利用紫外曝光、反應(yīng)離子刻蝕和電子束曝光等微加工技術(shù)制備了介觀周期孔陣列超導(dǎo)Nb膜樣品，并進(jìn)行了電磁輸運(yùn)測(cè)量研究了介觀尺度周期性孔陣列Nb薄膜的量子受限現(xiàn)象。主要工作包含以下幾個(gè)方面:
　　首先，通過(guò)微加工技術(shù)，得到了曝光時(shí)間、顯影定影時(shí)間、電壓和光闌以及刻蝕時(shí)間的最佳參數(shù)，并制備了矩形、蜂窩和kagomé周期性孔陣列的Nb膜樣品。
　　其次，通過(guò)對(duì)周期性孔矩形陣列超導(dǎo)Nb薄膜樣品進(jìn)行超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和磁阻振蕩的測(cè)量，觀察其中的量

2、子現(xiàn)象，得到以下結(jié)論:
　　(1)矩形陣列樣品的電阻隨孔徑的變大而增大，因?yàn)榭讖阶兇笙鄬?duì)于間隙區(qū)Nb膜的橫截面積變小使其電阻增大;電阻是依賴溫度和電流的，隨著溫度和電流的升高會(huì)影響超導(dǎo)Cooper對(duì)之間的相互干涉作用，從而破壞超導(dǎo)態(tài)使電阻增大。
　　(2)在矩形陣列中形成了類似約瑟夫森結(jié)的結(jié)構(gòu)，寬間隙區(qū)的超導(dǎo)Cooper對(duì)先互相干涉形成一個(gè)亞穩(wěn)態(tài)，隨著溫度的繼續(xù)降低，才會(huì)突破勢(shì)壘使窄間隙區(qū)的超導(dǎo)Cooper對(duì)相互干涉，從而使

3、整個(gè)Nb膜轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)。
　　(3)觀察到匹配效應(yīng)的存在，在超過(guò)第二匹配場(chǎng)之后，由于磁場(chǎng)的升高磁通進(jìn)入間隙區(qū)破壞超導(dǎo)態(tài)使電阻增大，矩形陣列的飽和磁通量子數(shù)為2。
　　最后，對(duì)制備的兩種稀釋的三角周期性孔陣列進(jìn)行了輸運(yùn)性質(zhì)的測(cè)量，觀察其中的量子現(xiàn)象。得到以下結(jié)論:
　　(1)在蜂窩結(jié)構(gòu)和kagomé結(jié)構(gòu)中也發(fā)現(xiàn)了匹配效應(yīng)的存在。不同于矩形陣列的是，在磁場(chǎng)高于第三匹配場(chǎng)的時(shí)候，間隙區(qū)才會(huì)進(jìn)入磁通，破壞Nb膜的超導(dǎo)態(tài)，所以這

4、兩種三角陣列的飽和磁通數(shù)量子數(shù)為3。分析其原因是，三角結(jié)構(gòu)的孔的飽和磁通數(shù)較大，蜂窩和kagomé結(jié)構(gòu)的磁阻曲線中細(xì)節(jié)更加明顯。
　　(2)通過(guò)分析第一匹配場(chǎng)的磁阻曲線，發(fā)現(xiàn)在f=Φ/Φ0=1/4，1/3，1/2，2/3和3/4處都有一些極值的存在（Φ為磁通量，Φ0為一個(gè)磁通量子）。蜂窩結(jié)構(gòu)中全部都是極小值;而kagomé結(jié)構(gòu)中只在f=1/2的時(shí)候?yàn)闃O大值，其它也都是極小值。與文獻(xiàn)中蜂窩結(jié)構(gòu)中的分?jǐn)?shù)匹配效應(yīng)相比，樣品的極小值出現(xiàn)的