本文選題：太赫茲輻射源 + 本征約瑟夫森結(jié)陣�。� 參考：《南京大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：高溫超導(dǎo)太赫茲輻射源是通過(guò)微加工技術(shù)制備而成的Bi2Sr2CaCu2O8(BSCCO)本征約瑟夫森結(jié)陣,具有頻段適中、可調(diào)諧、連續(xù)波、易制備等優(yōu)勢(shì),有力地推動(dòng)了太赫茲技術(shù)的發(fā)展,具有重要研究意義和巨大應(yīng)用潛力。本論文分別從結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和實(shí)用創(chuàng)新角度出發(fā),對(duì)高溫超導(dǎo)太赫茲輻射源的性能優(yōu)化,如提高輻射頻率、增強(qiáng)實(shí)用性等方面,進(jìn)行了積極探索和嘗試,主要研究成果如下:1.帶有孔隙微擾的BSCCO結(jié)陣。將微擾法引入高溫超導(dǎo)太赫茲輻射源的研究,設(shè)計(jì)并制備出一種帶有孔隙微擾的BSCCO本征約瑟夫森結(jié)陣。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)孔隙數(shù)大于1時(shí),電流-電壓特性(IVCs)曲線上會(huì)出現(xiàn)電壓臺(tái)階。更重要的是,隨著孔隙數(shù)目的增加,結(jié)陣電壓不斷增大,輻射頻率也不斷提高。因此,這種結(jié)構(gòu)微擾為優(yōu)化結(jié)陣性能提供了新的可行方式。2."片上"溫度檢測(cè)方式。對(duì)于BSCCO結(jié)陣,我們提出"片上"溫度檢測(cè)方式,將BSCCO檢測(cè)器小結(jié)原位制備于輻射結(jié)陣表面,作為溫度傳感器。通過(guò)將不同溫度下與不同輻射結(jié)陣偏置條件下的小結(jié)的IVCs曲線進(jìn)行比對(duì),獲得小結(jié)所處位置的輻射結(jié)陣的表面溫度。這是首次利用實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行的結(jié)陣表面溫度檢測(cè),對(duì)于研究結(jié)陣內(nèi)部熱分布和熱傳導(dǎo)具有積極意義。3.太赫茲"手電筒"。現(xiàn)有的太赫茲輻射源大多存在體積大、成本高、系統(tǒng)復(fù)雜等弊端,為此,我們研發(fā)出一套液氮冷卻的便攜式小型高溫超導(dǎo)太赫茲輻射裝置,且具有溫度調(diào)節(jié)功能。該裝置體積不足40cm3,最大輻射功率1.17μW,最大可調(diào)諧帶寬100GHz。另外,還可用一節(jié)1.5V干電池和偏置調(diào)節(jié)模塊替代復(fù)雜的電流源系統(tǒng),使其能夠像"手電筒"一樣便于使用。這項(xiàng)工作初步實(shí)現(xiàn)了太赫茲源的小型化、實(shí)用化和低成本化,為促進(jìn)高溫超導(dǎo)太赫茲技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用起到了推進(jìn)作用。4.功率可調(diào)的高溫超導(dǎo)太赫茲輻射裝置。二氧化釩(VO2)具有金屬-絕緣體相變特性,可對(duì)電磁波的透射起到調(diào)控作用。我們首次將VO2相變薄膜與高溫超導(dǎo)太赫茲源進(jìn)行有效結(jié)合,把VO2低溫電控相變作為可調(diào)衰減器,在保持溫度和頻率不變的條件下,實(shí)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)太赫茲源的功率調(diào)控,在20K和25K分別獲得了-5.6dB和-4.3dB的最大衰減。這種適用于全低溫環(huán)境的功率可調(diào)太赫茲源及其衰減器,進(jìn)一步豐富了太赫茲技術(shù)的功能性和實(shí)用性,也為學(xué)科間的交叉融合提供了典型范例。另外,我們還通過(guò)室溫和低溫電控相變實(shí)驗(yàn),并借助電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)進(jìn)行分析,為"熱與電場(chǎng)共同作用引起電激發(fā)相變"這一觀點(diǎn)提供了依據(jù)。
[Abstract]:High temperature superconducting terahertz radiation source is an intrinsic Josephson junction array of Bi2Sr2CaCu2O8 (BSCCO) prepared by microfabrication technology. It has the advantages of moderate frequency band, tunable, continuous wave and easy preparation, and has promoted the development of terahertz technology. It has important research significance and great application potential. In this paper, from the perspective of structural innovation and practical innovation, the performance optimization of HTS terahertz radiation sources, such as increasing radiation frequency and enhancing practicability, has been actively explored and tried. The main research results are as follows: 1. BSCCO array with pore perturbation. A BSCCO intrinsic Josephson array with pore perturbation was designed and fabricated by introducing the perturbation method into the study of high temperature superconducting terahertz radiation source. It is found that voltage steps appear on the current-voltage characteristic (IVCs) curve when the number of pores is larger than 1. More importantly, as the number of pores increases, the array voltage increases and the radiation frequency increases. Therefore, this kind of structure perturbation provides a new feasible way to optimize the performance of the array. " On-chip "temperature detection method." For the BSCCO array, we propose a "on-chip" temperature detection method. The BSCCO detector junction is prepared in situ on the surface of the radiation junction array as a temperature sensor. By comparing the IVCs curves of the nodule at different temperatures with those under different bias conditions, the surface temperature of the nodule is obtained. This is the first time to detect the surface temperature of a junction array by means of experiments, which has a positive significance for the study of the thermal distribution and heat conduction in the junction array. Terahertz "flashlight". Most of the existing terahertz radiation sources have many disadvantages, such as large volume, high cost and complex system. Therefore, a portable high temperature superconducting terahertz radiation device with liquid nitrogen cooling has been developed and has the function of temperature regulation. The volume of the device is less than 40 cm ~ 3, the maximum radiation power is 1.17 渭 W, and the maximum tunable bandwidth is 100 GHz. In addition, a 1.5 V dry battery and offset adjustment module can be used to replace the complex current source system, making it as easy to use as a flashlight. This work has preliminarily realized the miniaturization, practicality and low cost of terahertz source, and has played an important role in promoting the practical application of HTS THz technology. High temperature superconducting terahertz radiation device with adjustable power. Vanadium oxide (VO _ 2) has the characteristics of metal-insulator phase transition, which can regulate the transmission of electromagnetic wave. For the first time, the VO _ 2 phase change thin film is effectively combined with the high temperature superconducting terahertz source. The VO _ 2 low temperature electronic controlled phase transition is used as an adjustable attenuator, and the power control of the high temperature superconducting terahertz source is realized under the condition of keeping the temperature and frequency constant. The maximum attenuation of -5.6dB and -4.3dB is obtained at 20K and 25K, respectively. The power tunable terahertz source and its attenuator suitable for full low temperature environment further enrich the functionality and practicability of terahertz technology and provide a typical example for interdisciplinary cross fusion. In addition, through the electrically controlled phase transition experiments at room temperature and low temperature and with the aid of electron correlation effect, we provide a basis for the viewpoint that "the interaction of heat and electric field leads to the electric excited phase transition".
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O441.4

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本文編號(hào)：2058591