23 | 05 | 2019
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 3923
Просмотры материалов : 9593122

Коллеги
Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Yandex]
Сейчас на сайте:
  • 169 гостей
  • 2 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Сверхпроводниковые устройства PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
17.01.2017 07:55

Сверхпроводниковые устройства

Глава 2 - Твердотельный Теория устройства


Сверхпроводящие устройства, хотя и не широко используются, имеют некоторые уникальные характеристики, не доступные в стандартных полупроводниковых приборов. Высокая чувствительность по отношению к усилению электрических сигналов, обнаружения магнитных полей и обнаружения света ценится приложений. Высокая скорость переключения также возможно, хотя и не применяется к компьютерам в это время. Обычные сверхпроводящие устройства должны быть охлаждены до температуры в пределах нескольких градусов от 0 градусов Кельвина (-273 ° С). Хотя, работа идет в это время на устройствах сверхпроводник на основе высокотемпературных, пригодный для использования при 90 К и ниже. Это имеет большое значение, так как недорогой жидкий азот может быть использован для охлаждения.

Сверхпроводимость: Хайке Оннес открыл сверхпроводимость ртути (Hg) в 1911 году, за которую он получил Нобелевскую премию. Большинство металлов уменьшают электрическое сопротивление при понижении температуры. Хотя, большинство из них не снизится до нулевого сопротивления, как 0 Кельвина приближении. Меркурий уникален тем , что его сопротивление резко падает до нуля Ом при 4,2 К. сверхпроводниках теряют сопротивление резко при охлаждении ниже их критической температуры Т с свойство сверхпроводимости нет потери мощности в проводниках. Ток может протекать в петле сверхпроводящего провода в течение тысяч лет. Супер проводники включают свинец (Pb), алюминий, (Al), олово (Sn) и ниобий (Nb).

Купер пары: Lossless проводимости в сверхпроводниках не обычным электронным потоком. Поток электронов в нормальных проводниках встречает оппозицию столкновений с жесткой ионной кристаллической решетки металла. Уменьшение колебаний кристаллической решетки с уменьшением температуры счета для уменьшения resistance- до точки. Колебания решетки перестают при абсолютном нуле, но не энергия рассеивая столкновений электронов с решеткой. Таким образом, нормальные проводники не теряют всякое сопротивление при абсолютном нуле.

Электроны в сверхпроводниках образуют пару электронов , называемых бондарь пара, а температура опускается ниже критической температуры , при которой начинается сверхпроводимость. Купера пара существует потому, что она находится на более низком энергетическом уровне, чем неспаренных электронов. Электроны притягиваются друг к другу за счет обмена фононами, очень низких энергетических частиц , связанных с колебаниями. Эта пара Купера, квантово-механическое предприятие (частица или волна) не подлежит нормальным законам физики. Эта сущность распространяется через решетку, не сталкиваясь с ионами металлов, содержащих фиксированные решетки. Таким образом, он не рассеивает никакой энергии. Квантово-механический характер куперовских пар только позволяет обмениваться дискретные количества энергии, не бесступенчатой ​​количествах. Абсолютный минимум квант энергии является приемлемым для медной пары. Если колебательная энергия кристаллической решетки меньше, (из-за низкой температуры), бондарь пара не может принять его, не могут быть разбросаны по решетке. Таким образом, при критической температуре куперовских пар течь беспрепятственно через решетку.

Джозефсоновские контакты: Джозефсон получил Нобелевскую премию за 1962 предсказание перехода Josepheson. Джозефсоновском переходе представляет собой пару сверхпроводников мостиком тонким изолятором, как показано на рисунке ниже (а), через который электроны могут туннель. Первые джозефсоновских были свинцовые сверхпроводники мостиком изолятором. В эти дни является предпочтительным трехслойное алюминия и ниобия. Электроны могут туннелировать через изолятор даже при нулевом напряжение, приложенное к сверхпроводниках.

Если напряжение прикладывается на переходе, ток уменьшается, вибрирует на высокой частоте, пропорциональной напряжению. Взаимосвязь между приложенным напряжением и частотой настолько точна, что стандарт вольт теперь определяется в терминах Джозефсона частоты перехода колебаний. Джозефсоновского может также служить в качестве гипер-чувствительный детектор магнитных полей низкого уровня. Кроме того, очень чувствительны к воздействию электромагнитного излучения от микроволновых печей до гамма-лучей.




(а) Джозефсона, (б) Джозефсона транзистор.


Джозефсона транзистор: электрод близко к оксиду джозефсоновском может влиять на соединение посредством емкостной связи. Такой узел на рисунке выше (б) представляет собой транзистор Джозефсона. Главной особенностью транзистора Джозефсона является низкой рассеиваемой мощности применима к высокой плотности схем, например, компьютеры. Этот транзистор, как правило, частью более сложного сверхпроводящего устройства, как SQUID или RSFQ.


SQUID: сверхпроводящий квантовый интерференционный прибор или SQUID представляет собой совокупность Джозефсона в сверхпроводящем кольце. Только DC SQUID рассматривается в этой дискуссии. Это устройство обладает высокой чувствительностью к воздействию магнитных полей низкого уровня.

Постоянный ток смещения вынуждены через кольцо параллельно с обоими Джозефсона на рисунке ниже . В настоящее время делит поровну между двумя переходами в отсутствие приложенного магнитного поля и напряжения развивается по всему кольцу. [JBC]

В то время как любое значение магнитного потока (Ф) может быть применен к SQUID, только квантованное значение (кратное квантов потока) может протекать через отверстие в сверхпроводящем кольце. [JBA] Если приложенное поток не является точным кратным поток квантов, избыточный поток отменен с помощью циркуляционного тока вокруг кольца , которое производит дробный кванты потока. Циркулирующий ток будет течь в том же направлении, который исключает любой избыток потока выше кратное квантов потока. Он может либо добавить или вычесть из приложенного потока, до ± (1/2) поток квантов. Если циркуляционных ток течет по часовой стрелке, ток добавляет к верхнему Josepheson развязке и вычитает из нижней.

Изменение применяется поток линейно вызывает циркулирующего тока изменять как синусоиды. [JBB]

Это может быть измерено, как напряжение на SQUID. По мере того как приложенное магнитное поле увеличивается, импульс напряжения может учитываться при каждом увеличении потоком квантов. [ССЫЛ]




Сверхпроводящий квантовой интерференции устройства (SQUID): Джозефсона пары в сверхпроводящем кольце. Изменение потока производит изменение напряжения на паре JJ.

Кальмара называется чувствительным к 10 -14 Тесла, он может обнаружить магнитное поле нервных токов в мозге на 10 -13 Тесла. Сравните это с 30 х 10 -6 силы Тесла магнитного поля Земли.

Rapid одиночный поток квантов (RSFQ): Вместо того , чтобы мимических кремниевых полупроводниковых схем, RSFQ схемы опираются на новые понятия: квантования магнитного потока в сверхпроводник, а движение квантов потока производит пикосекундный квантованного импульса напряжения. Магнитный поток может существовать только в пределах участка сверхпроводника квантуется в дискретных кратных. Самый низкий поток квантов позволил используется. Импульсы переключаются джозефсоновских переходов вместо обычных транзисторов. Сверхпроводники основаны на тройном слой алюминия и ниобия с критической температурой 9,5 К, охлаждают до 5 К.

RSQF осуществляют свою деятельность в более чем 100 ГГц с очень небольшим количеством рассеиваемой мощности. Производство прост с существующими методами фотолитографии. Хотя операция требует охлаждения до 5 К. Реальные коммерческие приложения включают в себя аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, переключение триггеров, регистров сдвига, память, сумматоры и умножители. [ДКБ]

Высокотемпературные сверхпроводники: высокотемпературные сверхпроводники представляют собой соединения , проявляющие сверхпроводимость выше жидкой точки кипения азота 77 К. Это имеет большое значение , так как жидкий азот легко доступны и недороги. Большинство обычных сверхпроводников металлов; широко используется высокотемпературных сверхпроводников являются купраты, смешанные оксиды меди (Cu), например , YBa 2 Cu 3 O 7-х, критическая температура, T c = 90 K. Список других доступен. [OXFD] Большинство устройств , описанных в данном разделе, разрабатывается в версиях сверхпроводник с высокой температурой для менее критических применений. Хотя они не имеют производительность обычных металлических сверхпроводниковых устройств жидкостного охлаждения азота является более доступным.

  • ОБЗОР:
  • Большинство металлов уменьшить сопротивление по мере приближения к абсолютной 0; хотя, сопротивление не падает до 0. Сверхпроводники испытывают быстрое падение до нулевого сопротивления при их критической температуре на охлаждении. Обычно Т с , в пределах 10 К абсолютного нуля.
  • Бондарь пара, пара электронов, квантово-механической сущности, движется беспрепятственно через кристаллическую решетку металла.
  • Электроны могут туннель через джозефсоновском, изолирующий зазор через пару сверхпроводников.
  • Добавление третьего электрода, или ворота, недалеко от перекрестка является транзистор Джозефсона.
  • Кальмара, сверхпроводящий квантовый интерференционный прибор, является весьма чувствительным детектором магнитных полей. Он считает квантовых единиц магнитного поля в сверхпроводящем кольце.
  • RSFQ, Rapid одиночный поток квантов представляет собой устройство высокоскоростной коммутации на основе коммутации магнитного кванты существующие жгутов сверхпроводящий контур.
  • Высокотемпературных сверхпроводников, Т с выше точки кипения жидкого азота, также может быть использован для создания сверхпроводящих устройств в этом разделе.
 
Для тебя
Читай
Товарищи
Друзья