Реферат: Магнитометры на СКВИДах и сверхпроводимость - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Магнитометры на СКВИДах и сверхпроводимость

Банк рефератов / Технологии

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 604 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Магнитометры на СКВИДах . 1. Сверхпроводимость . Основные пар аметры сверхпроводников . Явление сверхпроводимости состоит в том , что при некоторой температуре , близкой к абсолютному нулю , электросопротивление в нек оторых материалах исчезает . Эта температура н азывается критической температурой перехода в сверхпроводящее сос тояние. Сверхпроводимость обнаружена более чем у 20 металлов и большого количества соединений и сплавов (Т к 23 К ), а также у керамик (Т к > 77,4К – высокоте мпературные сверхпроводники .) Сверхпроводимость материалов с Т к 23 К объясняется наличием в веществ е пар электронов , обладающих энергией Ферми , противоположными спинами и импульсами (пары Купера ), которые образуются благодаря взаимодей ствию электронов с колебаниями ионов решетки – фононами . Все пары находятся , с точки зрения квантовой механики , в одном состоянии (они не подчиняются статистике Фе рми т.к . имеют целочисленный спин ) и соглас ованы между собой по всем физическим пара метрам , то есть образуют единый сверхпроводящ ий конденсат . Сверхпров одимость керамик , возможно , о бъясняется взаимодействием электронов с каким-либ о другими квазичастицами. По взаимодействию с магнитным полем с верхпроводники делятся на две основные группы : сверхпроводник и I и II рода. Сверхпроводники первого рода при помеще нии их в магнитное поле “выталкивают” последнее так , что индукция внутри сверхп роводника равна нулю (эффект Мейсснера ). Напряж онность магнитного поля , при котором разрушае тся сверхпроводимость и поле проникает внутрь проводника , называется критическим маг н итным полем Н к . У сверхпроводников второго рода с уществует промежуток напряженности магнитного по ля Н к 2 > Н > Н к 1 , где индукция внутри сверхпроводника меньше индукции проводника в нормальном состоянии . Н к 1 – н ижнее критическое поле , Н к 2 – верхнее критическое п оле . Н < Н к 1 – индукция в сверхпро воднике второго рода равна нулю , Н > Н к 2 – сверхпроводимость нарушается . Через идеальные сверхпроводники вто рого рода можно пропускать ток силой : ( критичес кий ток ). Объясняется это тем , что поле , создава емое током , превысит Н к 1 , вихревые нити , зарождающиеся на поверхности образца , под действием сил Ло ренца , двигаются внутрь образца с выделением тепла , что приводит к потере сверхпроводи мости. T k , Н к 1 , Н к 2 , н екоторых металлов и соединений : Вещество Т к К 0 Н к 1 Тл 0 Н к 2 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 V 3 Si 17.1 23.4 Nb 3 Sn 18.2 24.5 Nb 3 Al 18.9 Nb 3 Ga 20.3 34.0 Nb 3 Ge 23.0 37.0 (Y 0.6 Ba 0.4 ) 2 CuO 4 96 160 20 Y 1.2 Ba 0.3 CuO 4-8 102 18 при 77К Эффект Джозефсона. Если два сверхпроводника соединить друг с другом “слабым” контактом , например тон чайшей полоской из диэлектрика , через не го пойдет туннельный сверхпроводящий ток , т.е . произойдет туннелирование сверхпроводящих купер овских пар . Благодаря этому обе системы св ерхпроводников связаны между собой . Связь эта очень слаба , т.к . мала вероятность туннели рования пар даже через очень тонки й слой изолятора. Наличие связи приводит к тому , что в следствии процесса обмена парами состоян ие обеих систем изменяется во времени . При этом интенсивность и направление обмена определяется разностью фаз волновых функций м ежду системами . Если разност ь фаз = 1 - 2 , тогда из квантовой механики сл едует . Энергии в точках по одну и дру гую сторону б арьера Е 1 и Е 2 могут отличаться только если м ежду этими точками существует разность потенц иалов U s . В этом случае . Если сверхпроводники связаны между собой с одной стороны и разделены слабым к онтактом с другой , то напряжение на контак те можно вызвать , меняя магнитный поток вн утри образовавшегося контура . При этом . Учитыв ая , что квант потока и поток Ф через контур может быть лишь n Ф 0 , где n =0 , 1, 2, 3,... Джозефсон предсказал , ч то Где : I s – ток через контакт I c – максимальный постоянный д жозефсоновский ток через контакт -- разнос ть фаз. Из (1), (2) следует Поскольку на фазовое соотношение между системами влеяет магнитное поле , то сверхпр оводящим током контура можно управлять магнит ным полем . В бо льшинстве случаев испол ьзуется не один джозефсоновский контакт , а контур из нескольких контактов , включенных параллельно , так называемый сверхпроводящий квант овый интерферометр Джозефсона (СКВИД ). Величина магнитного поля , необходимого для управления токо м , зависит от площади контура и может бать очень мала . Поэтому СКВИ Ды применяют там , где нужна большая чувств ительность. Известны несколько типов джозефсоновских контактов , но наиболее распространены следующие : Магнитометр. Магнитометр - прибор на основе джозевсоновских переходов , применяющийся для измерения магнитного поля и градиента магнит ного поля . В магнитометрах используются СКВИД ы 2х типов : на постоянном токе и переменном . Ра ссмот рим магнитометр на СКВДах постоянног о тока. Если к такому кольцу приложить поле , то оно будет наводить в кольце циркули рующий сверхпроводящий ток . Он будет вычитать ся из постоянного тока I в А и складываться в В . Тогда максимальный ток кольца за висит от магнитного потока Ф и равен : I c – ток кольца , Ф 0 – квант потока , Ф – захваченный поток . При этом R – со противление перехода , l – индуктивность кольца . U – достигает нескольких микровольт и может быть измерена обычными электронным и приборами. Рисунок слева : ВАХ сверхпроводящ его кольца с 2-мя джозевсоновскими переходами. Рисунок справа : Зависимость I max от внеш него потока n – число квантов потока пронизывающих контур. Техническая реализация магнитометров на СКВИДе на постоянном токе с 2-мя тунел ьными переходами. Сверхпроводящий материал – соединение Nb 3 Sn. Соединение Nb 3 Sn имеет Т к =18.2К и Н к 2 =18.5 МА / m ( 0 Н к =23Тл ) при 4.2К . Благодаря таким параметр ам можно получить джозефсоновские переходы чу вствительные как к малым полям 10 -17 Тл , так и к изменению больших полей 1Тл . Соединение имеет такую решетку : атомы ниобия расположены в местах , занятых на рисунке и образуют со своими ближай шими соседями три цепочки , перпендикулярные д руг – другу : Атомы ниобия в этих цепочк ах связаны дополнительными ковален тными с вязями . Цепочки ниобия в кристаллической стру ктуре , для получения сверх проводящих свойств не должны быть нарушены , что может пр оизойти при избытке атомов олова или при недостаточной степени порядка в кристалличес кой решетке . Диаграмма фазового рав н овесия системы Nb-Sn приведена на рисунке : Соединение Nb 3 Sn хрупко и изделие из него не могут бать получены обычным металлургическим путем , т.е . выплавкой с последующей деформацией . Масси вные изделия из этого соединения : цилиндры , пл астины и т.д . получают , как правило , металло керамическим методом , т.е . смешивая в соответст вующих пропорциях порошки ниобия и олова , прессуя изделия нужной формы и нагревая и х до температуры образования химичес кого соединения Nb 3 Sn , обычно в интервале 960-1200 O . Получение джозефсоновских переход ов. Джозефсоновские туннельные переход ы представляют собой две тонкие сверхпроводящ ие пленки разделенные барьерным слоем диэлект рика или полупроводника . Рассмотрим неко т орые из методов получения переходов с диэ лектрическим барьером . На тщательно очищенную подложку в вакууме наносится первая пленка сверхпроводящего соединения толщиной в несколь ко тысяч ангстрем. Нанесение первой пленки осуществляется пу тем катодного распы ления. Газовый разряд п ри низком давлении можно возбудить высокочаст отным электрическим полем . Тогда в газовом промежутке , содержащим аргон , возникает тлеющий разряд . Образовавшиеся при э том полож ительные ионы , разгоняются электрическим полем , ударяются о катод распыляя сплав . Вылетающи е с катода атомы осаждаются на подложке . В такой системе были достигнуты скорости осаждения до 1А /сек . При смещении на катоде – мишени 500В. Для высокочасто тного катодного распыл ения Nb 3 Sn необходим вакуум перед распылением 10 -4 Па , температура подложки 900 O С , чистота напускаемого аргона 99,999 % , его давление менее 1Па. Для качества туннельного перехода большое значение имеет структура пленки . В напыле нных пле нках обычно сильно искажена к ристаллическая решетка , и в них , как прави ло со временем происходят структурные изменен ия : течение дислокаций , деформация границ зерен , что мож ет значительно ухудшить свойства туннельного перехода (например возникнуть закоротки ). Одним из способов устранения этих неж елательных явлений состоит во внесении в пленку примесей стабилизирующих их структуру . Так пленки образующие туннельный переход пол учались последовательным напылением In ( 49нм ), Au (9нм ) , Nb 3 Sn (350нм ) для нижнего э лектрода и Nb 3 Sn (300нм ), Au (5 нм ), Nb 3 Sn (200 нм ) дл я верхнего электрода . После этого пленки в ыдерживались при температуре 75 О С в течении 2ч ., что прив одило к стабилизации свойств перехода. Следующим важным этапом получения туннель ного перехода является обра зование барьер ного слоя , как правило , это слой окисла на поверхности первой пленки . Свойства тунн ельного перехода и его срок службы опреде ляется прежде всего качеством барьерного слоя . Этот слой должен быть плотным , тонким ( 2 нм ), ровным , не иметь пор и не меняться со временем при температурном циклировании. Наиболее удачный метод приготовления тунн ельных барьеров состоит в окислении пленки в слабом ВЧ разряде в атмосфере кислор ода . Подложка с пленочным электродом крепится к ка тоду разрядной камеры . Сначала поверхность пленки очищают от естественного окисления путем ВЧ катодного распыления в атмосфере аргона при давлении 0.5 Па в течении 1-5 мин . Сразу после этого аргон в камере заменяется кислородом или аргонокислоро дной смесь ю и зажигается разряд на частоте 13.56 МГц . За определенное время на пленке , находящейся в разряде , образовался слой окисла необходимой толщины . Для получе ния туннельных барьеров толщиной 2-5нм необходи мо поддерживать разряд мощностью 0.003-0,1 Вт /мм 2 в теч ен ии 10-20 мин. Применяют туннельные переходы с барьером из полупроводника . В качестве материала б арьера используется различные п /п : CdS , CdSe , Ge , InSb , CuAs и др. Основной метод нанесения п /п барьера – распыление . Однако в напыленном слое п /п имеется мно го отверстий и пустот , наличие которых способствует появлению закороток в переходе . Для устранения этог о недостатка после напыления барьера переход подвергается окислению . В результате закорот ки действительно не возникают , но свойства барьера при это ухуд ш аются : уменьшается ма ксимальная плотность тока , величина емкости у величивается. Наилучшие туннельные переходы с полупрово дниковым барьером , получаются , когда барьер пр едставляет собой монокристалл . Такие переходы реализованы не созданием барьера на сверхпр оводящей пленке , а наоборот , нанесением пленки на обе стороны тонкой монокристалли ческой п /п мембраны из Si . Известно , что скорость травления монокристаллического Si перпендикулярно плоскости (100) в 16 раз больше чем в направлении пло скости (111). В резул ьтате этого в пластин е Si , пове рхность которого параллельна (100), при травлении небольшого , незащищенного фоторезистом участка , об разуются ямки . Боковые стенки ямки образуют плоскости (111) под углом 54.7 О к поверхности . Таким образом , размер дна ямки 1 , т.е . размер мембраны определяется соотношением где 2 – размер открытого незащищенного участка поверхности , t – глубина ямки. Ч тобы получить мембрану нужной то лщины , необходимо каким-либо образом автоматически остановить травление . Это достигается с п омощью легирования бором обратной стороны кре мниевой подложки на глубину равную необходимо й толщине мембраны . Скорость травления бы с тро падает , когда достигается сло й Si с концентрацией бора , равной n =4 10 19 см -3 , и полностью оста навливается при n =7 10 19 см -3 . Та ким образом были получены мембраны толщиной 40-100 нм . Далее с д вух сторон наносят ся сверхпроводящие пленки , образующие переход. В случае последовательного напыления : сверхпроводящая п ленка – барьер – сверхпроводящая пленка – последнюю пленку можно нанести методом катодного распыления. Готовые переходы защищают от влия ния атмосферы слоем фоторезиста . Для получени я воспроизводимых туннельных систем необходимо , чтобы между операциями пленка не подвергал ась воздействию атмосферы т.к . адсорбция газов на поверхности пленок может вызвать неко нтролируемое изменение характерис т ик перехода. Список литературы : Г.Н . Кадыкова “Сверхпроводящие материалы” М . МИЭМ 1990 А.Ф . Волков , Н.В . Заварицкий “Электронные устройства на основе слабосвязных сверхпроводн иков” М . Советское радио 1982 Р . Берри , П . Холл , М . Гаррис “Тонкопл еночная техн ология” М . Энергия 1979 Т . Ван-Дузер Ч.У . Тернер “Физические осн овы сверхпроводниковых устройств и цепей” М . Радио и связь 1984
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Первое свидание. Зима. Парень с девушкой сидят в машине.
Он кладёт ей руку между ног.
- Ты что делаешь?
- Руку грею, холодно.
- Ты бы лучше уши погрел...
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru