دانلود پروژه: طراحی و شبیه سازی نانو اسکوئید برای آشکارسازی میدانهای مغناطیسی ضعیف

فهرست مطالب

فصل اول- بررسی منابع

1-1 کشف ابررسانایی                                                                                      15

2-1 کوانتش فلوی مغناطیسی                                                                              18

3-1 آثار جوزفسون                                                                                         21

4-1 اثر مایسنر- اوشنفلد                                                                                   22

5-1 معادلات لندن                                                                                          23

6-1 نظریه میکروسکوپی ابررسانایی                                                                      27

7-1 نظریه گینزبورگ- لانداو                                                                                            32

فصل دوم- مبانی و روشها

1-2 پیوند جوزفسون                                                                                       38

2-2 معادلات جوزفسون                                                                                   40

1-2-2 اثر dc جوزفسون                                                                             40

2-2-2 اثر ac جوزفسون                                                                              43

3-2 مدل RCSJ                                                                                            46

4-2 اسکوئید dc                                                                                            48

1-4-2 حالت ولتاژ صفر                                                                                48

استتار جزئی                                                                             52

استتار زیاد                                                                               53

2-4-2 حالت ولتاژ غیر صفر                                                                           55

استتار جزئی  و میرایی قوی                                                55

استتار محدود  و میرایی متوسط                                                 58

3-4-2 عملکرد و کارائی اسکوئید dc                                                                 59

5-2 اسکوئید dc در سیستم‌های عملی                                                                   62

1-5-2 اسکوئیدهای غیر کوپله                                                                          62

2-5-2 اسکوئیدهای کوپله                                                                              65

6-2 اسکوئید با نوسان واهلشی (Relaxation Oscillation SQUIDs)                         69

 فصل سوم- نتایج و بحث

1-3 مدار مورد مطالعه و معادلات حاکم بر مدار                                                         72

2-3 نحوه شبیه سازی                                                                                       76

3-3 نتایج شبیه سازی                                                                                       77

4-3 مراجع                                                                                                  85

فهرست اشکال و جدول‌ها

شکل 1-1: وابستگی مقاومت ویژه به دما در حالت عادی و ابررسانشی                              15

شکل 2-1: وابستگی دمایی میدان بحرانی                                                          16

شکل 3-1: کوانتش فلوی مغناطیسی                                                                       19

شکل 4-1: اثر ماینسر- اوشنفلد، دفع میدان از داخل ابررسانا                                           22

شکل 5-1 :(الف) کاهش میدان مغناطیسی B بطور نمایی در داخل ابررسانا                          26

شکل 5-1 :(ب) کاهش چگالی ابرجریان j_s در داخل ابررسانا                                         26

شکل 6-1: نمودار برهمکنش الکترون-الکترون از طریق فونون                                         30

شکل 7-1: در تصویر BCS تنها الکترونهایی از طریق فونون برهمکنش می‌کنند که در لایه انرژی  نزدیک به سطح فرمی قرار داشته باشند.                                                               31

شکل 8-1: نمایش تغییر ناپیوسته تقارن در گذار فاز ساختاری مرتبه دوم(a) احتمال یافتن اتم نوع A در نقطه معینی از بلور در   (b) همان احتمال در                                 32

شکل1-2: انواع مختلف پیوند جوزفسون                                                                 39

شکل 2-2: پیوند S₁-I-S₂                                                                                  40

شکل 3-2: مدار معادل RCSJ                                                                             46

شکل4-2: ساختار یک اسکوئید dc                                                                       48

شکل 5-2: وابستگی ماکزیمم ابَرجریان عبوری از اسکوئید به فلوی مغناطیسی                        50

شکل 6-2: (a) ماکزیمم ابَرجریان  بر حسب فلوی اعمالی  در یک اسکوئید dc با دو پیوند جوزفسون تحت شرایط  –  (b) فلوی عبوری از حلقه اسکوئید بر حسب فلوی اعمالی                                                                                             52

شکل 7-2: فلوی کل  بر حسب فلوی اعمالی  برای مقادیر مختلف  در یک اسکوئید dc با دو پیوند جوزفسون کاملا یکسان                                                               54

شکل8-2: مشخصه جریان- ولتاژ اسکوئید dc تحت شرایط  و  برای مقادیر مختلف فلوی اعمالی                                                                                           57

شکل9-2: (a) مدار معادل اسکوئید dc (b) مشخصه جریان- ولتاژ اسکوئید برای دو مقدار متفاوت فلوی اعمالی (c) ولتاژ متوسط زمانی بر حسب فلوی اعمالی برای مقادیر مختلف جریان بایاس 60

شکل 10-2: مدل طرح‌واره یک اسکوئید dc غیر کوپله                                                 62

شکل11-2: مدار معادل یک اسکوئید dc                                                                 63

شکل 12-2: اسکوئید dc کوپله با سلف ورودی                                                         65

شکل 13-2: (a) مدار معادل یک ROS (b) جریان I₁ و ولتاژ V اسکوئید که توسط I_b بایاس شده است                                                                                                 69

شکل 1-3 : مدار مورد استفاده در طرح                                                                   72

شکل2-3 : جریانهای تولید شده توسط اسکوئید بازای مقادیر مختلف فلو بر حسب زمان           78

شکل 3-3 : ولتاژهای تولید شده توسط اسکوئید بازای مقادیر مختلف فلو بر حسب زمان          78

شکل 4-3 : جریان و ولتاژ خروجی بازای  فلوی ورودی                                  79

شکل 5-3 : جریان و ولتاژ خروجی بازای  فلوی ورودی                                    80

شکل 6-3 : جریان و ولتاژ خروجی بازای  فلوی ورودی                                  81

شکل 7-3 : جریان و ولتاژ خروجی بازای  فلوی ورودی                                    82

شکل 8-3 : جریان و ولتاژ خروجی بازای  فلوی ورودی                                  83

شکل 9-3 : تابع تبدیل اسکوئید طراحی شده                                                             84

جداول

جدول 1-1: دماهای بحرانی و میدانهای مغناطیسی بحرانی عناصر ابررسانا                           17

جدول1-2: معادلات لازم برای طراحی پارامترهای اسکوئید dc                                        67

فهرست علائم و اختصارات

 

ac                                          alternating current

ADC                                     analog-to-digital converter

APF                                      additional positive feedback

BCF                                      bias current feedback

CFHX                                   counter-flow heat exchanger

CPR                                      current phase relation

DAC                                     digital-to-analog converter

dc                                          direct current

DLC                                      diamond-like carbon

DROS                                   double relaxation oscillation SQUID

DSP                                      digital signal processor

EMI                                      electromagnetic interference

FA                                        field-applied

FEA                                      finite element analysis

FET                                      field-effect transistor

FLL                                       flux-locked loop

FR                                         field-removed

GBJ                                      grain boundary junction

GM                                       Gifford–McMahon

HTS                                      high-temperature superconductor (ing)

HX                                        heat exchangers

I                                            insulator

ISJ                                        intrinsically shunted junction

JT                                         Joule–Thomson

LAO                                      LaAlO3

LSB                                      least-significant bit

LTS                                       low-temperature superconductor (ing)

MCG                                     magneto cardiography

MEG                                     magneto encephalography

MLI                                       super insulation, or multilayer insulation

MRI                                      magnetic resonance imaging

MTTF                                   mean-time-to-failure

N                                           normal conductor

NDE                                     nondestructive evaluation

NDT                                     non destructive testing

PBCO                                   PrBa2Cu3O7

PECVD                                 plasma-enhanced chemical vapor deposition

PI3/2    integrator integrator with a gain slope of –30 dB/decade

PLD                                      pulsed laser deposition

PMMA                                  polymethylmethacrylate

RCSJ                                    resistively and capacitively shunted junction

rf                                           radio frequency

RIE                                       reactive ion etching

rms                                       root-mean-square

ROS                                      relaxation oscillation SQUID

RRR                                      residual resistivity ratio

RSFQ                                    rapid single flux quantum

RSJ                                       resistively shunted junction

RSJN                                    nonlinear resistive junction

RTS                                      random telegraph signal

S                                           superconductor

SAC                                      self-aligned contact

SHAD                                   second harmonic detection

SNAP                                   selective niobium anodization process

SNEP                                    selective niobium etch process

SNEAP                                 selective niobium etch and anodization process

SNIP                                     selective niobium insulation process

SNR                                      signal-to-noise ratio

SQUID                                  superconducting quantum interference device

SSP                                       signal space projection

STO                                      SrTiO3

TEM                                     transient electromagnetic

TJM                                      tunnel junction microscopic

UHF                                      ultra-high frequency

W                                          working point

YBCO                                   YBa2Cu3O7

YSZ                                      Yttria-stabilized zirconia

ZBCP                                    zero-bias conductance peak

ZES                                       zero energy state

ZFC                                      zero-field cooled

ثابتهای فیزیکی

e= 1.6022 C                                         electron charge

h= 6.6261  Js                                       Planck constant

ħ= h/2π = 1.0546  Js                         Planck constant

k_B = 1.3807  J/K                                 Boltzmann constant

ԑ₀ = 8.8542  As/Vm                           permittivity of vacuum

ԑ_r                                                              relative permittivity

Φ₀ = h/2e= 2.0678  Vs                     flux quantum

μ₀ =4π Vs/Am                                      permeability of  vacuum

علائم و اختصارات

                                                              vector potential

                                                              magnetic flux density

B₀                                                             cooling field

f                                                               frequency

F_d                                                             external driving force

                                                             magnetic field

i                                                               imaginary unit

m                                                             mass

                                                               spatial coordinate

t                                                               time

T                                                              temperature

                                                             magnetic flux

                                                              angular frequency

                                                                              friction coefficient