全电流超导隧道结电子模拟器.pdfVIP

第13卷第3期 低 温 物 理 学 报 1991年 j月 CHINESE JOURNALOF LOW TEMPERATuREPHYSICS 全电流超导隧道结电子模拟器 徐慧芬 张连红 南京大学信息物理系 ，南京，210008 1990年 8月 24 日收到 本文描述的电子模拟器完整地模拟了超导隧道结中的各项隧道电流，它包含了频率、温度 和超导能隙的影响 ，井考虑了非线性准粒子电阻和电抗项的作用．论文简述了电子模拟器的 基本原理、电路，给出了恒压源与恒流源两种偏置条件下的直流与交流 1-P 特性 ，还得到了上 述两种偏置条件下的约瑟夫逊台阶厦光子辅助的准粒子隧茸效应台陆等高频行为． 一 、 引 言 在超导器件的研究中，用 以模拟各种隧道结的电子模拟器先后问世．建立在 电阻分 流结 (RSJ)模型基础上的约瑟夫逊结电子模拟器 所满足的方程为 n+詈 立 一丝 出 ． _ 在这里，J为库柏对引起的超流与流过结电阻R的正常 电流之和，， 为临界超流， 为 两块超导体 内波函数的量子相位差， 为加在结上的电压，e为电子 电荷， 为普朗克常 数 ． 2e 484M H 一 ，_ z／／*V 而建立在 Josephson提 出的隧道 电流模型 基础上的电子模拟器 所满足的方程为 J—JIsin -I- (V)V+ ()(cosg)g 方程的第一项为库柏对超流 ，第二项为准粒子 (单电子) 电流，而第三项是准粒子电流 和库柏对电流之 间的干涉项或称 “COS 项．但在该模拟器 中仍采用一线性 电导来近似 ()，即仅模拟了其中的线性部分． 1980年 Jablonski基于 Josephson。所发现以及 随后被 Werthamer、Harris 。等 发展的理论首先提出了全 电流(四项 电流)隧道结电子模拟器 ，此后又设计了具有特殊形 状冲击响应的电子滤波器，用集成块加 以实现，大大提高了模拟器精度 “”．在此基础上我 们开展了全 电流超导隧道结电子模拟器研制工作，利用 Pad6数值逼近计算机辅助设计 方法设计出了与 T一 0，Jl()、J：()实部、虚部理论计算值吻合极好的高阶电子滤 波器 电路，井利用分立元件完全达到了电路设计指标m 我们还采用了取样一保持电路 ’ 3期 徐慧芬等：全电流超导隧道结电子模拟器 231 来产生dn号或cos 电压，所引进的附加时延仅为5z／s，大大缩小了影响模拟器精度 的不利因素． 本文着重讨论 T一 0时恒压源与恒流源两种偏置条件下 ，利用该模拟器得到 的直 流与交流 ，一V特性；恒压碌偏置条件T~-T-辅助的准粒子隧道效应台阶以及在恒流源 偏置条件下，随着交流信号幅度的增加，首先出现光子辅助的准粒子隧道效应台阶，然后 出现约瑟夫逊台阶等高频行为． 二、模 拟 器 原 理 流过超导隧道结的总 电流是时间、电压和温度 的函数 ，可表示为 )|Imle砷[_I鱼2∽ e砷 09]…加 +exp【詈(r)]』e砷詈(]f2(—一 } () 这里， 一 ； (r)和 iz()是首先被 we|thame