Реферат: Магнитометры - 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

Банк рефератов / Металлургия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 52 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

13 Московский государственный институт электроники и матем а тики (технический университет) Курсовая работа для представления на кафедру «Материаловедение» на тему : Магнитометры на СКВИДах. Выполнил : Подчуфаров А.И. Преподаватель : Петров В.С. Зачтено : 04.06.96 ФИТ ЭП-41 Москва 1996 г. Содержание : 1. Сверхпроводимость. Основ ные параметры сверхпроводников.....3 2. Эффект Джозефсона .........................................................................4 3. Магнитометр ....................................................................................5 4. Сверхпроводящий материа л - соединение Nb 3 Sn ...........................8 5. Получение джозефсоновск их переходов.........................................9 6. Список литературы ..........................................................................13 1. Сверхпроводимо сть. Основные параметры свер х провод ников . Явление сверхпроводимости состоит в том, что при некоторой температур е, близкой к абсолютному нулю, электросопротивление в некоторых материа лах исчезает. Эта температура называется крит и ческой температурой перехода в сверхпроводящее состояние. Сверхпроводимость обнаружена более чем у 20 металлов и большого количе ства соединений и сплавов (Т к 23 К), а также у к е рамик (Т к > 77,4К – высокотемпературные с верхпроводники.) Сверхпроводимость материалов с Т к 23 К объясняется нал и чием в веществе пар электронов, обладающих энергией Ферми, пр о тивоположными спинами и импульсами (п ары Купера), которые о б разуются благод аря взаимодействию электронов с колебаниями и о нов решетки – фононами. Все пары находятся, с точки зрения ква н товой механики, в одном состоянии (они не подчиняются статист и ке Ферми т.к. им еют целочисленный спин) и согласованы между с о бой по всем физическим параметрам, то есть образуют единый свер хпр о водящий конденсат. Сверхпроводимость керамик, воз можно, объясняется взаим о действием эл ектронов с каким-либо другими квазичастицами. По взаимодействию с магнитным полем сверхпроводники д е лятся на две основные группы : сверхпроводники I и II рода. Сверхпроводники первого рода при помещении их в магни т ное поле «выталкивают» последнее так, что инду кция внутри свер х проводника равна нул ю (эффект Мейсснера). Напряжонность ма г нитн о го поля, при котором разрушается сверхпроводимость и поле прон и кает вн утрь проводника, называется критическим магнитным полем Н к . У сверхпроводников второго рода существует про меж у ток н а пряженности магнитного поля Н к2 > Н > Н к1 , где индукция внутри сверхпроводника меньше индукции проводника в нормал ь ном сост оянии. Н к1 – нижнее критическое поле, Н к2 – верхнее кр и тическое поле. Н < Н к1 – индукция в сверхпроводн ике второго рода равна нулю, Н > Н к2 – сверхпроводимость нарушается. Через ид е альные сверхпроводники второго рода можно пропускать ток силой : ( критический ток). Объясняется это тем, что поле, со з даваемое током, превысит Н к1 , вихревые нити, зарождающиеся на поверхн ости образца, под действием сил Лоренца, двигаются внутрь образца с выде лением тепла, что приводит к потере свер х провод и мости. T k , Н к1 , Н к2 , некоторых металлов и соединений : Вещество Т к К 0 Н к1 Тл 0 Н к2 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 2. Эффект Джозефсона. Если два сверхпроводника соединить друг с другом «слабым» контактом, на пример тончайшей полоской из диэлектрика, через н е го пойдет туннельный сверхпроводящий ток, т.е. произойдет тунн е лирование сверхпроводящих купе ровских пар. Благодаря этому обе системы сверхпроводников связаны межд у собой. Связь эта очень слаба, т.к. мала вероятность туннелирования пар да же через очень тонкий слой изолятора. Наличие связи приводит к тому, что в следствии процесса о б мена парами состояние обеих систем изменяетс я во времени. При этом интенсивность и направление обмена определяется р азностью фаз волновых функций между системами. Если разность фаз = 1 - 2 , тогда из квантовой механики сле дует . Энергии в точках по одну и другую сторону ба рьера Е 1 и Е 2 могут отличаться только если между этими точками существует разность п отенциалов U s . В этом случае (1). Если сверхпроводники связаны между собой с одной стороны и разделены сл абым контактом с другой, то напряжение на контакте можно вызвать, меняя м агнитный поток внутри образовавшегося контура. При этом . Учитывая, что квант потока и поток Ф через контур может быть лишь n Ф 0 , где n =0 , 1, 2, 3,... Джоз ефсон предсказал, что (2) Где : I s – т ок через контакт I c – максимальный постоянный джозефс оновский ток через контакт -- разность фаз. Из (1), (2) следует . Поскольку на фазовое соотноше ние между системами влеяет магнитное поле, то сверхпроводящим током кон тура можно упра в лять магнитным полем. В большинстве случаев используется не один джозефсоновский контакт, а к онтур из нескольких контактов, включенных параллельно, так называемый с верхпроводящий ква н товый интерфером етр Джозефсона (СКВИД). Величина магнитного поля, необходимого для управ ления током, зависит от площади ко н тур а и может бать очень мала. Поэтому СКВИДы применяют там, где ну ж на большая чувствительность. Известны несколько типов джозефсоновских контактов, но наиболее распр остранены следующие : изолятор 1нм св ерхпроводники туннельный переход переход типа «мостик» 3. Магнитометр. Магнитометр - пр ибор на основе джозевсоновских переходов, применяющийся для измерения магнитного поля и градиента ма г нитног о поля. В магнитометрах используются СКВИДы 2х типов : на постоянном токе и переменном. Рассмотрим магнитометр н а СКВДах постоянного тока. I A B U переходы джозефсоновские Если к такому кольцу приложить поле, то оно будет наводить в кольце цирку лирующий сверхпроводящий ток. Он будет выч и таться из постоянного тока I в А и складываться в В. Тогда макс и мальный ток кольца зависит от магнитного потока Ф и равен : I c – ток кольца, Ф 0 – квант потока, Ф – захва че н ный поток. При этом R – сопротивление перехода, l – ин дуктивность кольца. U – достигает нескольких микровольт и мож ет быть измерена обычными электронными приборами. I I max n Ф 0 ( n+1/2) Ф 0 U n Рисунок слева : ВАХ свер хпроводящего кольца с 2-мя джозе в сонов скими переходами. Рисунок справа : Зависимость I max от внешнего по тока n – число ква нтов потока пронизывающих контур. Техническая реализация магнитометров на СКВИДе на пост о янном токе с 2-мя тунельными переходами. Кварцевая трубка Полоска из Pb Платиновый электрод Pb Джозефсоновские переходы Платиновый электрод Контур СКВИДа образован цилиндрич е ской пленкой из Pb нанесенной на кварцевый цилиндр длинной 18 мм с наружным диам етром 8мм, а внутренним 6мм. Описанная здесь конструкция яв- 2 мм ляется датчиком включе нным в электри- ческую схему, обеспечи вающую изме- рение и индикацию отклика датчика 1.5мм на изменение внешнего магнитного поля. Такая система представляет со- 600нм 600нм бой магнитометр. 20 нм 4. Сверхпроводящий матер иал – соединение Nb 3 Sn. Соединение Nb 3 Sn имеет Т к =18.2К и Н к2 =18.5 МА / m ( 0 Н к =23Тл) при 4.2К. Бл агодаря таким параметрам можно получить джозефсоновские переходы чувс твительные 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 ближайшими соседями три цепочки, перпендикулярные друг – дру гу : Nb Sn Атомы ниобия в этих цепочках связаны дополнительными к о валентными связями. Цепочки ниобия в к ристаллической структуре, для получения сверх проводящих свойств не до лжны быть наруш е ны, что может произойт и при избытке атомов олова или при недо с таточной степени порядка в кристаллической решетке. Диаграмма фа зового равновесия системы Nb - Sn приведена н а рисунке : t o C 2500 + ж 2000 2000 Ж 1500 Nb 3 Sn 3 + Nb 3 Sn 910-920 1000 Nb 3 Sn 840-860 500 805-820 NbSn 7 232-234 Nb 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Sn Соединение Nb 3 Sn хрупко и изделие из него не могут бать пол учены обычным металлургическим путем, т.е. выплавкой с последующей дефор мацией. Массивные изделия из этого соединения : цилиндры, пластины и т.д. получают, как правило, металлокерамиче ским мет о дом, т.е. смешивая в соответств ующих пропорциях порошки ниобия и олова, прессуя изделия нужной формы и нагревая их до темпер а туры образовани я химического соединения Nb 3 Sn , обычно в инте р вале 960-1200 O . 5. Получение джозефсонов ских переходов. Джозефсоновские туннельные пер еходы представляют собой две тонкие сверхпроводящие пленки разделенн ые барьерным слоем диэлектрика или полупроводника. Рассмотрим некотор ые из мет о дов получения переходов с ди электрическим барьером. На тщател ь но о чищенную подложку в вакууме наносится первая пленка свер х пр о водящего соединения толщиной в несколько тысяч ангстрем. Нанесение первой пленки осуществляется путем катодного распыления. 4 1 6 2 3 5 1. Катод 2. Распыляющий газ 3. К вакуумному насосу 4. Держатель с подложкой 5. Постоянное напряжение 4 к В 6. ВЧ – генератор 3-300 МГц Газовый разряд при низком давле нии можно возбудить выс о кочастотным э лектрическим полем. Тогда в газовом промежутке, содержащим аргон, возник ает тлеющий разряд. Образовавшиеся при этом положительные ионы, разгоня ются электрическим полем, ударяются о катод распыляя сплав. Вылетающие с катода атомы осаждаются на подложке. В такой системе были достигнуты ск ор о сти осаждения до 1А/сек. При смещении на катоде – мишени 500В. Для высокочастотного катодного распыления Nb 3 Sn необх о дим вакуум перед распы лением 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 пл енки. В напыленных пленках обычно сильно искажена кристаллическая реше тка, и в них, как правило со временем прои с ходят структурные изменения : т ечение дислокаций, деформация границ зерен, что может значительно ухудш ить свойства туннельн о го перехода (нап ример возникнуть закоротки). Одним из способов устранения этих нежелательных явлений состоит во вне сении в пленку примесей стабилизирующих их стру к туру. Так пленки образующие туннельный переход получались п о следовательным напылением In ( 49нм), Au (9нм) , Nb 3 Sn (350нм) для нижнего электрода и Nb 3 Sn (300нм), Au (5 нм), Nb 3 Sn (200 нм ) для верхнего электрода. Посл е этого пленки выдерживались при темп е ратуре 75 О С в течении 2ч., что приводило к ста билизации свойств перехода. Следующим важным этапом получения туннельного перехода является образ ование барьерного слоя, как правило, это слой окисла на поверхности перв ой пленки. Свойства туннельного перехода и его срок службы определяется прежде всего качеством барьерного слоя. Этот слой должен быть плотным, т онким ( 2нм), ровным, не и меть пор и не меняться со временем при температурном циклир о вании. Наиболее удачный метод приготовления туннельных барьеров состоит в ок ислении пленки в слабом ВЧ разряде в атмосфере к и слорода. Подложка с пленочным электродом крепится к катоду ра з рядной камеры. Сначала поверхность пл енки очищают от естес т венного окислен ия путем ВЧ катодного распыления в атмосфере а р гона при давлении 0.5 Па в течении 1-5 мин. Сразу после этого а р гон в камере заменяется кислородом или арг онокислородной см е сью и зажигается ра зряд на частоте 13.56 МГц. За определенное время на пленке, н а ходящейся в разряде, образовался слой окисла н еобходимой толщины. Для получения туннельных барьеров то л щиной 2-5нм необход и мо поддерживать разряд мощностью 0.003-0,1 Вт/мм 2 в течении 10-20 мин. Применяют туннельные переходы с барьером из полупрово д ника. В качестве материала барьера использует ся различные п/п : CdS , CdSe , Ge , InSb , CuAs и др. Основной метод нанесения п/п барьера – распыление. Однако в напыленном слое п/п имеется много отверстий и пустот, наличие которых способствует появлению закороток в переходе. Для устр а нения этого недостатка после напыления барьера переход подверг а ется окислению. В результате закоротк и действительно не возник а ют, но свойс тва барьера при это ухудшаются : умень шается макс и мальная плотность тока, ве личина емкости увеличивается. Наилучшие туннельные переходы с полупроводниковым бар ь ером, получаются, когда барьер представляет со бой монокристалл. Такие переходы реализованы не созданием барьера на св ерхпров о дящей пленке, а наоборот, нане сением пленки на обе стороны то н кой мо нокристаллической п/п мембраны из Si . Известно, что ск о рость травлени я монокристаллического Si перпенд икулярно плоск о сти (100) в 16 раз больше чем в направлении плоскости (111). В р е зул ь тате этого в пластине Si , поверхность которого параллельна (100), при травлении небольшого, незащищенного фоторезистом участка, образуются ямки. Боковые стенки ямки образуют плоск о сти (111) под углом 54.7 О к поверхности. Та ким образом, размер дна ямки 1 , т.е. размер мембраны определяется соотношение м , где 2 – размер открытого незащищенного участка поверхности, t – гл у бина ямки. Чтобы получить мембрану нужной толщины, необходимо к а ким-либо образом автоматически остановить травление. Эт о дост и гается с помощью легирования бо ром обратной стороны кремни е вой подло жки на глубину равную необходимой толщине мембраны. Скорость травления быстро падает, когда достигается слой Si с ко н це н трацией бора, равной n =4 10 19 см -3 , и полностью останавливается при n =7 10 19 см -3 . Таким образом были получены мембраны толщ и ной 40-100 нм. Далее с двух сторон нано сятся сверхпроводящие пленки, образующие переход. В случае последовательного напыления : сверхпроводящая пленка – барьер – сверхпроводящая пленка – по следнюю пленку можно нанести методом катодного распыления. Готовые переходы защищают от влия ния атмосферы слоем фотор е зиста. Для п олучения воспроизводимых туннельных систем необх о димо, чтобы между операциями пленка не подвергалась возде йс т вию атмосферы т.к. адсорбция газов н а поверхности пленок может в ы звать нек онтролируемое изменение характеристик перехода. Спис ок литературы : 1. Г.Н. Кадыкова «Сверхпрово дящие материалы» М. МИЭМ 1990 2. А.Ф. Волков, Н.В. Заварицкий «Электронные устройства на осн о ве сла босвязных сверхпроводников» М. Советское радио 1982 3. Р. Берри, П. Холл, М. Гаррис « Тонкопленочная технология» М. Энергия 1979 4. Т. Ван-Дузер Ч.У. Тернер «Фи зические основы сверхпроводник о вых у стройств 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
Никогда не делайте зла назло! Гадости должны идти от души.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по металлургии "Магнитометры", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


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