基于Python的超导量子干涉器件仿真优化方法

超导量子干涉器件的优化研究旨在提升其在微弱磁通变化探测中的性能;研究中建立了基于Python的仿真框架,使用SuperScreen、Numpy和Matplotlib库进行器件仿真及性能优化;该框架支持多种SQUID形状的模拟,包括设计了一个算法来模拟多边形;仿真分析了在非均匀外部磁场下SQUID超导薄膜的磁响应,计算了薄膜内外的矢量磁场;此外,通过网格化技术将连续空间转化为计算模型,为解算物理方程提供了可能;仿真结果表明,优化的SQUID能满足高精度磁场探测的需求,为超导器件的设计提供了理论和技术支持。

超导量子干涉器件

超导现象是一种宏观量子现象.磁通量子化和约瑟夫森效应是两个最能体现这种宏观量子特性的物理现象.超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device,SQUID)是利用这两个特性而形成的超导器件.SQUID器件在磁信号灵敏探测方面具有广泛的应用.本文简要介绍低温超导和高温超导SQUID器件的相关背景和发展现状以及应用领域.

超导量子干涉器件的冷却技术

超导量子干涉器件(SQUID)是应用约瑟夫逊效应发展起来的超导电子器件，是目前低温超导学的前沿学科之一。由于它对电磁讯号有特别高的灵敏度，可用于测量微电流(10^-14A)，微电压(10^16V)及弱磁．低磁化率等，当SQUID用作约瑟夫逊电压标准时，测量精度可达10^-10。

通过双Raman作用在超导量子干涉器件中实现多比特GHZ态

在腔中通过双Raman作用,在超导量子干涉器件中实现多比特GHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)态的制备.在制备过程中,由于腔场只是被虚激发的,所以腔模的衰减可以忽略.GHZ态的实现只用到了超导系统的两个基态,有效地避免了超导系统激发态的弛豫.

低噪声超导量子干涉器件磁强计设计与制备

超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device,SQUID)作为一种极灵敏的磁通传感器,在生物磁探测、低场核磁共振、地球物理等领域得到广泛应用.本文介绍了一种基于SQUID的高灵敏度磁强计,由SQUID和一组磁通变压器组成.SQUID采用一阶梯度构型,增强其抗干扰性.磁通变压器由多匝螺旋的输入线圈和大尺寸单匝探测线圈组成,其中输入线圈与SQUID通过互感进行磁通耦合.利用自主工艺平台,在4英寸硅衬底上完成了基于Nb/Al-AlOx/Nb约瑟夫森隧道结的SQUID磁强计制备.低温测试结果显示,该磁强计磁场灵敏度为0.36 nT/Ф0,白噪声段磁通噪声为8μФ0/√Hz,等效磁场噪声为2.88 fT/√Hz.

串联超导量子干涉器件阵列制备与测试分析

串联超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device,SQUID)阵列通过增加SQUID数量来达到提升信噪比的目的,即SQUID电压信号随SQUID数目比例增加而总电压噪声正比于SQUID数目的平方根值.本文介绍了利用自主工艺线进行串联SQUID阵列研究的相关研究进展,实现了SQUID数量分别为200和800的阵列集成,测试得到磁通噪声达到0.5μФ_(0)/√Hz和输入电流灵敏度35μA/Ф_(0),等效输入电流噪声达到18pA/√Hz.另外,还给出了阵列参数与集成SQUID数量的关系,验证了设计可靠性和工艺一致性.

中德合作研究新原理超导量子干涉器件／读出电路取得重要成果

10月12～15日在南京举办的东亚超导电子学会议（EASSE2009），由中科院上海微系统与信息技术研究所（SIMIT）和德国于利希研究中心（FZJ）共同研发的“基于超导量子干涉器件（SQUID）的极低场核磁共振”项目首次公开报告，并引起广泛关注。目前该项目已申报了国际专利.

超导量子干涉器件的新应用——地下无线电通讯

美国罗斯·阿勒莫斯(Los Alamos)国家实验室与雷特恩(Raton)技术研究公司合作,开辟了稀土高温超导体的一项新应用。研究人员正在开发一种手提式地下无线电通讯技术,采用这种技术能够实现地下数百米固体岩石范围内的通讯。

超导量子干涉器件,大脑和引力波

超导量子干涉器件对磁通量是这样的灵敏,以致它能绘制出人脑中产生的微弱磁场分布图,能检测出引力波探测器极细微的运动.卜美国加州巴介地区的一个孤立仪器记录了地球磁场的微弱波动。

超导量子干涉器件读出电路中匹配变压器的传输特性研究

在磁通调制超导量子干涉器件(SQUID)的读出电路中,匹配变压器具有放大信号和阻抗匹配的功能,是实现SQUID低噪声读出的关键元件.利用模拟SQUID电路对匹配变压器进行性能测试,研究了不同绕制匝数变压器的传输特性,确定最佳绕制匝数比.在变压器拾取SQUID电压信号的耦合网络中,研究了不同电容对变压器传输特性的影响,实现了变压器耦合网络参数的匹配和优化.室温下匝数比为1:20的匹配变压器在匹配电容C=1μF时,输出源电压增益为21.2,带宽范围可达到210 kHz.最后在基于磁通调制式DC SQUID读出电路中,对匹配变压器的工作性能进行了评估与验证.

基于低温超导量子干涉器件的脑听觉激励磁场探测

本文利用磁屏蔽室和二阶轴向梯度计抑制环境磁场噪声,建立了单通道脑磁探测系统,并对不用声音频率下脑听觉激励磁场N100m响应进行了初步探测.结果显示,1000Hz音频和100ms持续声音激励下,N100m峰值的典型强度约为0.4 pT.在低的声音频率激励下,N100m峰出现延时,100 Hz和1000 Hz之间的延时差别达到25 ms.相比于1 kHz特定频率的声音激励,1—4 kHz随机变频下的N100m峰幅度增强,出现了数毫秒的延时.本研究为下一步利用软件梯度计进行多通道脑磁系统和听觉机理研究奠定了一定的基础.

趋势观察:超导量子干涉器件相关研究发展态势与启示

超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device,SQUID)是指由1个或2个约瑟夫森结(Josephson junction)和超导体组成的闭合环路构成的器件,主要融合了约瑟夫森隧道效应和磁通量子化原理制作而成的高精度磁传感器。目前,量子科技发展已经成为我国未来在高技术领域发展的重要内容;作为其中重要技术之一,SQUID与应用系统技术突破将是未来我国高技术发展的重点领域;全面梳理SQUID研究方向与态势将为我国未来在相关领域的发展设计提供有力支撑。

超导量子干涉器件及其地磁探测应用进展

超导量子干涉器件(SQUID)是一种基于约瑟夫森隧道效应和磁通量子化效应的宏观量子化高灵敏度磁探测器,其中低温SQUID噪声可达fT/Hz^(1/2),在基础研究、材料科学、地球物理、天体物理、生命科学等领域都有非常广泛的应用。地球磁场可以近似为一个磁偶极子,但是地球磁场的微弱波动包含着丰富的信息,可以反映太阳风活动、地球电离层活动乃至地震先兆等信息,具有巨大的研究价值。本文系统回顾了国内外使用SQUID传感器进行地磁观测的研究进展,并讨论了中科院上海微系统所进行的SQUID系统观测地磁长时间波动及舒曼共振信号的探测结果。最后,对SQUID地磁观测的前景进行了展望。

用Bose—Einstein凝聚体模拟超导量子干涉器件

使用超导量子干涉器件（supercon-ducting quantum interference device， SQUID）对磁场进行精密测量，是超导应用的一个重要分支。测量可达到的精度是一个磁通量子的若干分之一。磁通量子Φ0=h/2e=2.07×10-15 Wb ，其中h是普朗克常数，e是电子电荷。SQUID能够达到如此高的灵敏度，根本原因在于其中的量子力学效应在宏观尺度上得到了充分的展示。可以说，SQUID是量子工程的一个典型产物。我们的问题是， Bose-Einstein凝聚体，作为超导体的相似客体，它的宏观量子干涉效应能否被实验观察。最近， Ryu等在Physical Review Letters上撰文，报道了他们使用中性原子Ru超冷气体云构建的实验装置以及对SQUID的模拟。传统双结SQUID的基本构成是一个超导环，环的前部和后部分别连接直流供电线路，环的左右臂被截断形成一对弱连接势垒（见图1（a））。电流从后方流向前方，可以流经左边的势垒也可以流经右边的势垒，由此产生量子波的相干叠加，进而产生沿超导环的位相变化。另一方面，如果有外磁场穿过超导环，它也会对超导环的位相有所贡献。结果，沿着环走一圈所经历的位相变化由上述电流和外磁场两者决定。然而，波函数的单值性又要求：环行一周所经历的位相变化必须等于2π的整数倍。因此，利用双结SQUID，我们可以通过检测直流总电流的周期变化（在外磁场移入超导环的过程中）来测量外磁场在超导环面积内产生的磁通量子数的变化。

超导量子干涉器(SQUID)原理及应用

严谨的超导量子干涉器原理的阐述是非常深奥和繁杂的,我们在这里采用简明的物理图像和数学语言论述超导量子干涉器的原理及应用,以推动"大学物理现代化"的进程.

超导磁通量子比特中的共振隧穿现象

在20mK的低温下,在由Nb/AlOx/Nb结构成的磁通量子比特样品上,通过初态的制备,成功观测到了双势阱中的共振隧穿现象。这一现象在不同的势垒高度下,都得到了证实。通过对共振峰随时间演化的测量,发现其演化受到隧穿概率与分布概率的影响。

磁通激励超导开关原理与技术进展

超导转变边沿探测器(TES)阵列在光子计量、光量子通讯、X射线辐射和宇宙微波探测等领域的大规模集成应用,需使用集成了基于约瑟夫森结的磁通激励超导开关的时域复用超导量子干涉器件(SQUID)读出系统。磁通激励超导开关的引入大大提高了TES集成度,提高了SQUID系统复用比,是TES信号读出的关键器件。介绍了磁通激励超导开关的工作原理、关键性能及设计原则、超导开关在时域复用SQUID读出系统中的应用现状等,为我国在超导开关方面的研究提供技术支持。

高温超导DC-SQUID平面式梯度计

在 10× 10mm2 尺寸的SrTiO3 双晶基片上 ,制备了一个HTcYBCO薄膜平面式DC SQUID梯度计 ,其白噪声区磁场梯度分辨率为 44 3fTcm-1Hz-1/ 2 ,在 1Hz下 ,磁场梯度分辨率为 2 0 7pTcm-1Hz-1/ 2 。通过改变一个调制线圈的电流来改变梯度计的磁场梯度 ,由闭环测量电路测得其最大磁通 电压传输函数约为 2 0 μV/Φ0 ,表明该梯度计性能可靠 ,可适用于地球物理、无损检测、生物磁等实际应用场合。

旋转超导体产生的微弱伦敦磁场的探测

旋转超导体会在其内部产生一均匀磁场,称为伦敦磁场。伦敦磁场的研究具有重要理论和应用价值。本文对微弱伦敦磁场的探测方法进行了初步研究,使用多层超导筒屏蔽外界环境磁场的干扰,采用超导量子干涉器件(SQUID)来读出旋转超导体产生的磁场。通过对冻结磁通产生的干扰信号的有效分离,成功地观测到了伦敦磁场信号.通过理论分析,确定了伦敦磁场探测对应屏蔽性能的要求,对提高伦敦磁场探测信噪比的措施进行了讨论。

低温超导瞬变电磁法在内蒙古四子王旗地质勘探中的应用

瞬变电磁法(transient electromagnetic method,TEM)是金属矿探查的有效手段。超导瞬变电磁法采用高灵敏度低温超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device,SQUID)直接接收瞬变电磁二次场,具有本征噪声低(5~7fT/√Hz)和带宽大(>200kHz)等特点,勘探浅层分辨率高、探测深度大,优势明显。本文将SQUID系统与商用EM67系统进行了异常环对比实验,验证了以SQUID代替感应线圈作为接收装置的优势与实用性;将该方法应用于内蒙古四子王旗大井坡北部区域的电磁勘探工作,获取了高质量探测数据,反演结果显示浅层和中深层(>2000m)为连续性低阻层;在已有地质资料和物探资料的基础上,结合反演结果可知,测线附近浅层500m存在北东向断裂带,并推断深部2000m处分布着同向断裂带。