基于电子束团调控的μA级量子电流源研究

针对单电子隧道效应在实现电流量子化中存在的困难,目前尚无法实现超过10^(–6)A的电流,因此引入粒子加速器领域的相关理论与技术,以探索实现电流量子化所需弱流电子束的新原理和新方法。首先,通过束流仿真,验证了基于螺线管磁场和可调狭缝的电子束团调制方法能够有效提高电子束团的稳定性;然后,基于仿真结果,设计了基于小型粒子加速器的实验平台,并针对高稳定度μA量级的电流探测需求,设计了阻挡式法拉第杯的探测方案;最后通过实验,在不同电子枪电流输出的情况下,经过调控,电子束团的不稳定性从2%降低至0.3%,与理论仿真结果一致。研究结果初步验证了粒子加速器应用于电流量子化的可行性,为量子电流源的理论与工程研究提供了全新的方向和思路。

电荷离散化时介观电子谐振腔的量子线路方程与量子电流

基于电荷的离散性,运用最小平移算符的性质,研究介观电子谐振腔中量子电流的性质,给出量子Kirch-hoff方程、量子电流关系式以及电流的量子涨落.结果表明,基于电荷量子化的事实,谐振腔中电荷具有量子振荡行为,量子电流关系及其量子涨落分别与电荷量子、Planck常数等有关,大小决定于体系的自感参量.

均匀磁场中二维电子量子电流的期待值

本文利用Landau波函数及广义Lagurre多项式,计算了均匀磁场中电子运动的量子电流的期待值。

外磁场中介观金属环的量子电流和能谱及其量子涨落

针对处于外磁场中的介观金属环系统,假设在电荷空间中具有变换的对称性,通过求解本征值方程给出系统的量子电流、能谱关系;利用最小平移算符的性质等,计算介观金属环中电流和能量的量子涨落.研究介观金属环中量子电流、量子能谱的性质,分析影响量子涨落的因素.结果表明,量子电流、量子能谱不仅与外磁场、介观金属环电参数有关,而且还明显地依赖于电荷的量子化性质.

耗散介观金属环互感系统中的量子电流

基于电荷离散性的事实,对耗散互感介观金属双环系统进行量子化,给出耦合形式的量子回路方程,研究耗散双环系统中的量子电流增强效应。结果表明,量子电流增强效应不仅存在于无耗散双环系统中,而且在耗散互感金属双环系统中也存在,是一个纯量子效应。

一维介观金属环系统中的量子电流

针对处于外磁场中的一维介观环系统,假设在电荷空间中具有变换的对称性,通过求解电流算符的本征值方程,给出系统中的量子电流关系,分析和研究一维介观金属环中量子电流的性质.结果表明,量子电流不仅与外磁场、介观金属环参数有关,而且还明显地依赖于电荷的量子化性质.

介观多环耦合系统中的量子电流增强效应

基于电荷具有离散性的事实对介观电路进行量子化 ,以介观三环为例研究多环耦合系统中的量子电流增强效应 .结果表明 ,量子电流增强效应不仅存在于耦合双环系统中 ,而且在金属多环系统中也存在 .

电力量子计量技术的进展与趋势

现有的电力基标准均是基于电磁原理,受限于原理和测量技术,继续提升准确度水平已接近物理极限。相较于传统电力基标准,量子计量与传感将物理量溯源至基本物理常数,具有准确度高、复现不受客观条件制约等显著优点,近年来得到了很快的发展。因此,围绕电力计量主要的参量,包括电流、电压、电能及时间4个方面,比较了基于单电子隧道效应和粒子加速器的两种量子电流技术的发展趋势,介绍了基于量子精密磁测量的新型电流传感技术以及电流量子比例技术;总结了交直流量子电压装置的发展,以及在电压比例溯源和电能的溯源应用,可有效提升现有的电压/电能的溯源水平;总结了时间频率计量技术的整体进展和趋势,以国家电网计量中心建立的国家电网时间频率体系架构和应用为例,介绍了量子时间的应用形态。目前电力量子计量技术取得了突破性的发展,电力与量子的融合研究刚刚起步,研究潜力很大,值得重点关注和深入研究。

计量量子化、数字化变革下的国内外计量技术发展趋势

美欧发达国家高度重视计量技术发展,将量子、数智等前瞻性、基础性计量技术纳入国家发展战略,抢占科技制高点。近年来,中国在原子频标、冷原子重力计等计量领域取得了突破,已进入国际计量先进国家行列。随着国际计量的量子化、数字化变革,计量不断加速向量子化演进、量传方式逐渐向数智化转型、计量保障技术更加向实战化发展趋势凸显。通过搜集、整理国内外大量计量量子化、数智化和实战化等相关技术文献资料,归纳并分析了计量技术发展趋势,可为计量测试技术发展提供借鉴。

应用于电流量子化的电子束优化

利用粒子加速器产生的电子束实现电流量子化是电学计量领域新兴方向,要求电子束稳定度高和精确可调以满足不同计量范围的要求。电子枪产生的电子束品质决定了电流量子化系统的性能。为保障电子束的精准传输和准确调节,对束流的横向发射度,即直流束流的层流性提出了严格的要求。因此,从电子束的引出和传输两个过程对电子束层流性进行了优化。主要包括基于束流动力学分析优化设计电子枪电磁结构,以及设计螺线管线圈抑制电子束传输过程中的横向发射度增长。针对线圈边缘磁场问题,比较分析了屏蔽壳和反抵线圈两种补偿方案,并通过仿真验证了其效果。该研究将为基于加速器技术的电流量子化的工程实现提供方案,并促进该技术的发展。

矢势A场中二维超导感应电流的干涉

在二维超导金属面上,用被超导屏蔽的距离为d的两无限长直磁通垂直穿过,开始dφ/dt≠0,并在二维超导金属面上感应两个反向等值电流,然后使dφ/dt=0且两磁通皆维持φ0不变.本文计算并模拟了二维超导金属面上感应电流的干涉分布流线.我们称这一效应为L-J效应,它是A场中的超导感应电流干涉效应.

金属波导连接的无源互调非线性物理机制和计算方法

针对大功率条件下金属波导连接的无源互调(PIM)难以预测的问题,提出了一种金属波导结的PIM非线性物理机制和计算方法.考虑到波导表面的粗糙度和薄介质层,将波导连接视为MIM(Metal-Insulator-Metal)结构并确立其粗糙表面接触模型和等效电路模型,然后依据MIM结构的导电机理将量子隧穿电流和热发射电流视作引起PIM的非线性根源,最后运用傅里叶变换计算各阶PIM功率.相比传统的幂级数方法,该方法能快速计算各阶PIM且无需进行参数拟合.以双载波条件下工作于TE10模式的铝质矩形波导为例进行仿真实验,结果表明:波导间接触压力越大,各阶PIM越小;PIM阶数越高,载波功率之比对其影响越大;新方法预测的5、7、9阶PIM功率相对于载波功率的增长率约为2,比传统幂级数展开法估计的结果更符合实际.

Quantum current and Coulomb blockade effect in the mutual inductance coupled mesoscopic system with active source

Based on the charge discreteness,the property of quantum current and the effects of Coulomb blockade have been investigated for the mutual inductance coupled mesoscopic system with active source in external magnetic field.The relationships between quantum current and the conditions of Coulomb blockade in the coupled dual-ring system are given here.

一种新型的高频半导体量子点单电子泵

除了直流负电压外,还在浅法刻蚀出的GaAs/AlGaAs量子线上的两个金属指形门上分别叠加两个相位相差π的正弦信号,从而对形成量子点的两个势垒作不等幅调制.在无源漏偏压的情况下,通过周期形成的量子点实现了单电子的搬运.由于新的半导体量子点单电子泵不是依赖库仑阻塞效应通过隧穿进行单电子输运,因此,该器件就不会受到固定隧穿时间引起的低工作频率限制.在1.7K温度下,频率达到3GHz仍然可以观测到量子化电流平台,对应的电流值达到0.5nA量级.这种新器件提供了实现高速度、高精度搬运单电子的另一种可能途径.