一种减少约瑟夫森结冻结磁通的方法及量子电压生成方法

技术领域

本发明涉及约瑟夫森结技术领域，特别是涉及一种减少约瑟夫森结冻结磁通的方法及量子电压生成方法。

背景技术

经典约瑟夫森结工作在液氦温区，浸泡在低温液氦杜瓦的液氦液面以下，工作温度4.2K。经典约瑟夫森结固定在低温测试探杆上，低温测试探杆采用法兰固定在低温液氦杜瓦瓶口。微波信号和偏置驱动信号通过低温测试探杆上的接口传输到低温下的经典约瑟夫森结。经典约瑟夫森结产生的量子化台阶电压也通过低温测试探杆传输到室温端，并连接到室温仪器上。

经典约瑟夫森结在从常温到低温状态过程中，由于其固有特性和环境影响，容易产生冻结磁通现象，即在冷却进入超导状态过程中捕获了磁通，进入超导态后无法释放。产生冻结磁通的经典约瑟夫森结无法正常工作，因此必须将其从低温下回温失超，释放冻结的磁通后重新冷却进入低温环境。

发明内容

本发明的目的是提供一种减少约瑟夫森结的冻结磁通的方法，以及利用该减少冻结磁通方法生成量子电压的方法，降低其产生冻结磁通的几率，从而减小将约瑟夫森结反复回温的次数，保证经典量子电压标准的有效运行。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种减少约瑟夫森结冻结磁通的方法，所述方法包括：

将约瑟夫森结设置在低温测试探杆的冷端；所述低温测试探杆的冷端为低温测试探杆伸入液氦的一端；

引出所述约瑟夫森结的偏置源接口、微波信号接口和信号输出口；

将所述偏置源接口和所述信号输出口进行短路处理；

将所述低温测试探杆的冷端探入低温液氦杜瓦进行冷却，并保持所述偏置源接口、所述微波信号接口和所述信号输出口处于常温环境中。

可选的，对所述偏置源接口和所述信号输出口进行短路时，采用纯铜线进行处理。

一种量子电压生成方法，所述方法包括：

将约瑟夫森结设置在低温测试探杆的冷端；所述低温测试探杆的冷端为低温测试探杆伸入液氦的一端；

引出所述约瑟夫森结的偏置源接口、微波信号接口和信号输出口；

将所述偏置源接口和所述信号输出口进行短路处理；

将所述低温测试探杆的冷端探入低温液氦杜瓦进行冷却，并保持所述偏置源接口、所述微波信号接口和所述信号输出口处于常温环境中；

解除所述偏置源接口和所述信号输出口的短路处理；

连接微波系统和所述微波信号接口，以及偏置源和所述偏置源接口进行相应的信号驱动；

检测所述信号输出口的量子电压。

可选的，对所述偏置源接口和所述信号输出口进行短路时，采用纯铜线进行处理。

可选的，所述微波系统和所述偏置源设置在所述低温测试探杆的常温端；所述低温测试探杆的常温端为低温测试探杆未伸入液氦的一端。

可选的，利用法兰将所述低温测试探杆与所述微波系统连接。

可选的，所述约瑟夫森结与所述偏置源通过偏置连接线连接。

可选的，所述约瑟夫森结与所述偏置连接线通过焊接方式连接。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的减少约瑟夫森结的冻结磁通的方法，首先将约瑟夫森结设置在低温测试探杆的冷端，并在在常温时将引出的偏置源接口和信号输出口短接，然后将所述低温测试探杆的冷端探入低温液氦杜瓦进行冷却，并保持所述偏置源接口、所述微波信号接口和所述信号输出口处于常温环境中。本发明还提供了一种量子电压生成方法，基于减少约瑟夫森结的冻结磁通的方法，解除短路处理后在微波系统和偏置源的驱动下生成量子电压。本发明在常温时采用短路连接点，再冷却，大大降低经典约瑟夫森结冷却后的冻结磁通现象，保证了其在低温下正常有效的工作。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1为量子电压标准装置原理框图；

图2为本发明提供的减少约瑟夫森结冻结磁通的方法流程示意图；

图3为本发明提供的量子电压生成方法流程示意图；

附图标号说明：

1-经典约瑟夫森结、2-低温测试探杆、3-微波系统、4-偏置源、5-杜瓦瓶和6-屏蔽筒。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本发明的目的是提供一种减少约瑟夫森结的冻结磁通的方法及量子电压生成方法，有效减少约瑟夫森结的冻结磁通现象，保证了其在低温下正常有效的工作生成量子电压。

经典量子电压标准基于交流约瑟夫森效应，即将符合一定条件的微波辐照于超导状态下的经典约瑟夫森结，在电流的偏置下，经典约瑟夫森结的输出电压呈现出不随电流变化的台阶状特性，当每个结的偏置电流均在台阶中心点附近时，其产生的量子电压符合下面公式：

U

式中：U

在常温时，将经典约瑟夫森结安装到低温测试探杆，连接经典约瑟夫森结与低温测试探杆的微波波导，焊接低温测试探杆上的偏置连接引线到经典约瑟夫森结。之后，将低温测试探杆缓慢探入低温液氦杜瓦，使其底部的经典约瑟夫森慢慢冷却，进入液氦温区。经典约瑟夫森结在从常温到低温状态过程中，由于其固有特性和环境影响，容易产生冻结磁通现象，即在冷却进入超导状态过程中捕获了磁通，而无法释放。产生冻结磁通的经典约瑟夫森结无法正常工作，因此必须将其从低温下回温失超，释放冻结的磁通后重新冷却进入低温环境。

对于上述问题，本发明还提供了如图1所示的量子电压标准装置原理框图，该装置包括经典约瑟夫森结1、低温测试探杆2、微波系统3、偏置源4、杜瓦瓶5和屏蔽筒6。

经典约瑟夫森结1设置在低温测试探杆2的冷端；低温测试探杆2的冷端为低温测试探杆2伸入杜瓦瓶5的一端，低温测试探杆2和微波系统3分别设置在低温测试探杆2的常温端，低温测试探杆2的常温端为低温测试探杆2未伸入杜瓦瓶5的一端；杜瓦瓶5内盛放液氮，液氮的量保证可淹没经典约瑟夫森结1；屏蔽筒6套设在经典约瑟夫森结1的外部。微波系统3和偏置源4通过计算机可控制相应的参数设置。

采用量子电压标准装置避免经典约瑟夫森结产生冻结磁通的方法是：在低温测试探杆缓慢探入杜瓦口时，将低温测试探杆常温端的微波和偏置连接端口均与微波系统和偏置源相断开，在无源的情况下对经典约瑟夫结进行预冷，这种操作方式比连接微波系统和偏置源的情况下更少的产生冻结磁通。然而，虽然采用无源操作，且在低温测试探杆低端也设计了磁屏蔽筒对经典约瑟夫森结进行屏蔽，但冷却后的约瑟夫森结仍然会产生冻结磁通。

针对避免经典约瑟夫森结产生冻结磁通的现有技术存在的问题，本发明提供了一种简单的、不需要使用屏蔽筒的减少约瑟夫森结的冻结磁通的方法，方法流程示意图如图2所示，具体包括：

步骤101：将约瑟夫森结设置在低温测试探杆的冷端；所述低温测试探杆的冷端为低温测试探杆伸入液氦的一端；

步骤102：引出所述约瑟夫森结的偏置源接口、微波信号接口和信号输出口；

步骤103：将所述偏置源接口和所述信号输出口进行短路处理；

步骤104：将所述低温测试探杆的冷端探入低温液氦杜瓦进行冷却，并保持所述偏置源接口、所述微波信号接口和所述信号输出口处于常温环境中。

本发明基于减少约瑟夫森结的冻结磁通的方法客实现量子电压的生成，具体方法如图3所示，包括：

步骤201：将约瑟夫森结设置在低温测试探杆的冷端；所述低温测试探杆的冷端为低温测试探杆伸入液氦的一端；

步骤202：引出所述约瑟夫森结的偏置源接口、微波信号接口和信号输出口；

步骤203：将所述偏置源接口和所述信号输出口进行短路处理；

步骤204：将所述低温测试探杆的冷端探入低温液氦杜瓦进行冷却，并保持所述偏置源接口、所述微波信号接口和所述信号输出口处于常温环境中；

步骤205：解除所述偏置源接口和所述信号输出口的短路处理；

步骤206：连接微波系统和所述微波信号接口，以及偏置源和所述偏置源接口进行相应的信号驱动；

步骤207：检测所述信号输出口的量子电压。

在对约瑟夫森结的偏置源接口和信号输出口短路处理时，采用纯铜线，并且使铜线长度尽量短。

微波系统和所述偏置源设置在所述低温测试探杆的常温端；所述低温测试探杆的常温端为低温测试探杆未伸入液氦的一端。在连接时，利用法兰将低温测试探杆与微波波导连接；利用偏置连接线将约瑟夫森结与偏置源连接，并采用焊接方式处理。通过上述方法，在连接约瑟夫森结的低温测试探杆冷却前，将其常温端的偏置引线接头采用纯铜引线进行连接短路；约瑟夫森结各个偏置点短路后，再将低温测试探杆探入低温杜瓦的液氦中，减小了约瑟夫森结在冷却过程中捕获磁通而产生冻结磁通现象，保证了其在低温下正常有效的工作实现量子电压的生成。

通过实验得出，在放置低温测试探杆前将约瑟夫森结各引出端进行短路，约瑟夫森结在浸入低温液氦环境后，观察其特性曲线，基本无冻结磁通影响，可正常进行低温实验并在微波和偏置驱动下产生量子化的电压台阶，效果明显。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。