一种无并联电阻低温超导约瑟夫森结电流测量系统及方法

技术领域

本发明涉及超导电子学技术领域，特别是涉及一种无并联电阻低温超导约瑟夫森结电流测量系统及方法。

背景技术

无并联电阻低温超导约瑟夫森结(JJ)零电压转变电流(I

传统I

发明内容

本发明提供一种无并联电阻低温超导约瑟夫森结电流测量系统及方法，以解决现有无并联电阻低温超导JJ电流I

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种无并联电阻低温超导约瑟夫森结电流测量系统，包括测试杆，所述测试杆一端设置有电压端和电流端，另一端通过线缆与切换器相连；所述电压端和所述电流端均与样品相连；所述切换器通过同轴电缆与滤波器的输入端相连，所述滤波器的输出端分别与电流表和电压表相连，所述电流表和电压表通过数据线与计算机相连。

所述滤波器的滤波截止频率小于10Hz。

所述切换器为一转四切换器。

所述电流表的精度为0.01μA。

所述电压表的精度为1nV。

所述同轴电缆包括内层导电线和外层导电线，所述内层导电线和外层导电线之间通过绝缘层隔离绝缘，所述内层导电线作为数据线，所述外层导电线作为接地线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种无并联电阻低温超导约瑟夫森结电流测量方法，采用上述的无并联电阻低温超导约瑟夫森结电流测量系统，包括以下步骤：

将待测样品放置于样品架上，并将样品架置于所述测试杆底部，在测试杆垂直放置时，待测样品平行于水平面；

将测试杆插入灌满液氦的杜瓦中；

将所述杜瓦置于磁屏蔽室内部，测试时，关闭所述磁屏蔽室门；

通过温度探测器探测所述待测样品的温度，当待测样品的温度低于4.3K时开始测试；

测试待测样品的I-V曲线，获得零电压转变电流I

开始测试I

判断当前轮次是否到达设置轮数n，当未到达时，返回上一步进行下一轮测试，当到达时，将n轮测试得到的最大的I

所述将测试杆插入灌满液氦的杜瓦中时，将所述待测样品置于液面下大于10cm深处。

所述去磁通操作通过测试杆旋转90°、自加热、或采用拔杆升温再降温的方式实现。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过引入截止频率小于10Hz的低通滤波器滤除电磁噪声，引入I

附图说明

图1是本实施方式的无并联电阻低温超导约瑟夫森结电流测量系统的示意图；

图2是本实施方式中四引线法测量超导JJ连接示意图；

图3是本实施方式的无并联电阻低温超导约瑟夫森结电流测量方法的流程图；

图4是s0712样品I

图5是s0712样品的I-V曲线图；

图6是s0506样品的I

图7是s0906jur系列样品I

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种无并联电阻低温超导约瑟夫森结电流测量系统，如图1所示，包括：测试杆3，电流表8，电压表9，线缆4，数据线缆10，同轴电缆6，滤波器7和切换器5组成。待测样品置于样品架2上，样品架2位于测试杆3的底端。如图2所示，待测样品采用四引线法与测试杆相连，图中A为超导JJ，B为与测试杆正电流端相连的引线，C为与测试杆负电流端相连的引线，D为与测试杆正电压端相连的引线，E为与测试杆负电压端相连的引线。测试杆3位于杜瓦1中，杜瓦1内装满液氦，待测样品位于液面10cm以下，测试杆3通过线缆4与切换器5连接，切换器5通过四根同轴电缆6与滤波器7连接，滤波器7通过同轴电缆6与电流表8和电压表9连接；电流表8通过数据线缆10连接电脑主机11；电压表9通过数据线缆10连接电脑主机11，电脑主机11通过数据线缆10连接显示器12，呈现数据和保存数据。电脑主机11通过Labview程序控制电流表输出电流，通过电压表读取电压数值；

本实施方式中，滤波器7的滤波截止频率小于10Hz。切换器5为一转四路切换器，如此可将样品架上待测样品的两端电流I+，I-和电压V+，V-，通过切换器转换为四路，便于测试。电流表8的精度为0.01μA。电压表9的精度为1nV。同轴电缆6包括内层导电线和外层导电线，所述内层导电线和外层导电线之间通过绝缘层隔离绝缘，所述内层导电线作为数据线，所述外层导电线作为接地线，如此可以防止外界射频信号对测量影响。

电流表8通过电脑主机11中Labview程序控制，电流按照设定的步长增加，增加到设定最大值在同步长递减至0，同时通过电压表9测量V+和V-的压差，在电脑上绘制I-V曲线，存储I-V曲线和I

采用上述无并联电阻低温超导约瑟夫森结电流测量系统进行测量时，如图3所示，包括以下步骤：

S1，将待测样品放置于样品架上，并将样品架置于所述测试杆底部，在测试杆垂直放置时，样品平行于水平面

S2，将测试杆插入灌满液氦的杜瓦中，使得待测样品位于液面下大于10cm深处；

S3，将所述杜瓦置于磁屏蔽室内部，测试时，关闭所述磁屏蔽室门；

S4，连接设备：通过线缆连接测试杆与切换器，通过4根同轴线缆连接滤波器与通道切换器，通过另外4根同轴线缆连接滤波器与电流表和电压表。电压表和电流表与电脑主机通过数据线缆相连。

S5，通过温度探测器探测所述待测样品的温度，当待测样品的温度低于4.3K时开始测试；

S6，测试待测样品的I-V曲线，获得零电压转变电流I

S7，开始测试I

S8，判断当前轮次是否到达设置轮数n，当未到达时，返回上一步进行下一轮测试，当到达时，将n轮测试得到的最大的I

下面通过几个实施例来验证上述测试方法的有效性。

实施例1：s0712样品，I

为验证方法的有效性，本实施例选择Nb/AlO

S1，将样品s0712放置于测试杆底部，在杆垂直放置时，样品平行于水平面；

S2，将测试杆插入灌满液氦的杜瓦中，样品位于液面下大于10cm深处；

S3，将杜瓦置于磁屏蔽室内部，测试时，关闭磁屏蔽室门；

S4，连接设备：线缆连接测试杆与通道切换器，4根同轴线缆连接滤波器与通道切换器，4根同轴线缆连接滤波器与电流表和电压表。电压源和电流源与电脑通过数据线相连，电流表型号采用Kethley6221，电压表型号选择Kethley2182。

S5，通过温度探测器探测样品温度低于4.3K，开始测试；

S6，测试无并联电阻超导JJ样品I-V曲线，获得I

S7，如果I

S8，i从1变化到n，当i小于3时，重复步骤7)，i＝i+1，当i等于3时，3次测量结果为，I

采用本实施方式的方法，可获得最大I

如图4显示了样品s0712的I

图5显示了juf3.1样品的I-V曲线，可见I

实施例2：s0506样品，旋转90度下杆去磁通效果验证

其测试步骤与实施例1类似，区别在于，本实施例中在步骤S6中，I

图6显示了s0506样品的Ic重复性测试曲线，采用不同下杆去磁通方式去磁通的Ic重复性测量结果，可见旋转90°下杆可明显提高I

实施例3：不同尺寸器件I

图7显示了测试的sqrt(I

表1

不难发现，本发明通过引入截止频率小于10Hz的低通滤波器滤除电磁噪声，引入I