免液氦量子电压标准低温系统设计与研究

提出一种免液氦量子电压标准低温系统,给出了设计和结构,详细分析了10 K左右NMIJ结阵的结构和超导特性。实验结果表明,设计和研制的免液氦量子电压标准低温系统,能够较好地为NMIJ约瑟夫森结阵提供10 K左右低温环境,测得的临界电流和超导量子电压台阶宽度满足结阵超导特性使用要求,为下一步直流量子电压的准确输出奠定了基础。

免液氦量子电压标准热传导特性

基于小型Gifford-McMahon(G–M)制冷机的低温系统是免液氦量子电压标准的关键组件之一,然而由于量子效应的电学表征与结阵表面温度密切相关,结阵芯片对环境温度高度敏感。特别是当结阵表面辐照较大功率的微波时,大量热负荷加剧了无液氦环境下超导量子态的不稳定性。针对上述问题,深入分析和研究了免液氦量子电压标准的低温固体热传导特性,建立低温恒温系统两级辐射漏热及结阵接触热传导模型,应用该模型设计了低温恒温器,并开展了结阵温度稳定性和超导电流–电压(I–U)特性实验。实验结果表明:2伏可编程约瑟夫森结阵所有子阵列的量子电压台阶宽度均大于1.3 mA,验证了所提模型的准确性和可行性。该研究的相关理论和方法可为免液氦量子电压标准低温系统设计和完善提供重要依据。