無序約瑟夫森結(jié)列中磁通渦旋運動及其噪聲研究.pdf

1、近年來，在外界驅(qū)動電流作用下，Ⅱ類超導(dǎo)體的磁通運動的動力學(xué)性質(zhì)一直引起人們很大的關(guān)注。由于磁通系統(tǒng)本身存在的周期性結(jié)構(gòu)和無序因素產(chǎn)生的相互競爭，系統(tǒng)出現(xiàn)了許多復(fù)雜的動力學(xué)性質(zhì)?？紤]陶瓷超導(dǎo)體的自身的晶體結(jié)構(gòu)和相分離，其超導(dǎo)單元間存在無序的弱耦合，而二維的約瑟夫森結(jié)列模型(JJAS)存在分離的晶格結(jié)構(gòu)，JJAS可以控制系統(tǒng)的無序強度和約瑟夫森耦合強度，因此我們可以用無序的JJAS來很好的模擬層狀超導(dǎo)體的性質(zhì)。本文基于RSJ模型，采用Run

2、ge-Kutta數(shù)值模擬方法，來研究約瑟夫森結(jié)列中磁通運動的動力學(xué)本質(zhì)及其噪聲頻譜的變化情況。主要的結(jié)論如下： (1)本文研究了外加磁場條件下，JJAS中磁通系統(tǒng)在不同強度的驅(qū)動電流下的動力學(xué)特性以及電壓關(guān)聯(lián)特性。在弱無序條件下，磁通的脫釘是彈性過程，塑性形變不占據(jù)統(tǒng)治地位，脫釘后容易形成彈性流。在強無序條件下，脫釘是一個塑性過程，系統(tǒng)中渦旋反渦旋對的出現(xiàn)先于磁通晶格的脫釘運動，退釘扎后形成較大區(qū)域的塑性流動。通過以上的討論，認(rèn)

3、為磁通晶格的塑性流動相到彈性流動相的轉(zhuǎn)變和渦旋反渦旋對的成核現(xiàn)象都依賴于約瑟夫森結(jié)陣列無序度的強弱。 (2))本文研究了強無序系統(tǒng)中的磁通晶格在電流驅(qū)動下的相變過程。通過計算磁通系統(tǒng)的電壓，被激發(fā)的渦旋和反渦旋對數(shù)，以及磁通運動產(chǎn)生的電壓頻譜，我們研究了在電流驅(qū)動下的磁通運動的動力學(xué)相變(DMT)和在各個區(qū)域的運動特性，提出了一些有創(chuàng)新的觀點。我們首次提出了電流驅(qū)動下的二次動力學(xué)相變觀點：I<,P>是區(qū)分磁通運動塑性流區(qū)域和彈性

4、流區(qū)域的相變點；I<,g> 是區(qū)分彈性流和MBG相的相變點。Koshelev和Vinokur 己提出了DMT點I<,p>己被先前的工作證實。我們提出的二次DMT點I<,g>最近在實驗上也被Kokubo等人的工作所驗證。Kokubo等人發(fā)現(xiàn)在NbSe，在磁化峰值以上區(qū)域，磁通運動發(fā)生從彈性流到MBG相的DMT。第二，我們研究磁通運動產(chǎn)生的電壓頻譜，得到磁通在三個不同的運動狀態(tài)下分別產(chǎn)生低頻BBN，洛侖茲NBN，和搓衣板噪聲NBN，我們得到

5、的圖像與最新實驗結(jié)果相吻合。通過分析磁通運動產(chǎn)生的頻譜變化，我們認(rèn)為電壓噪聲譜是由磁通間的互作用和系統(tǒng)無序之間的競爭而產(chǎn)生的。當(dāng)驅(qū)動電流較小時，系統(tǒng)的無序釘扎在磁通運動中起主導(dǎo)作用，其頻譜中出現(xiàn)明顯的BBN；隨著外加電流增大至臨界電流I<,n>以上時，完全無序的塑性流態(tài)被凍結(jié)成縱向有序的近晶流相，在這種情況下，無序體釘扎導(dǎo)致的BBN逐漸減小，而表面釘扎導(dǎo)致的洛侖茲NBN出現(xiàn)；當(dāng)驅(qū)動電流增大至I<.8>以上時，磁通的高速運動使系統(tǒng)的無序作

6、用可以被忽略，而磁通晶格本身的周期結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的互作用起主導(dǎo)作用，從而導(dǎo)致搓衣板NBN的出現(xiàn)。通過對噪聲頻譜進行分析，我們發(fā)現(xiàn)：洛侖茲NBN的峰值頻率與磁通通過整個樣品的時間有關(guān)，這表明洛侖茲NBN是由系統(tǒng)的表面釘扎引起的；搓衣板NBN的周期是由系統(tǒng)的空間晶格常數(shù)決定的，這進一步說明了磁通運動存在長程有序的相干運動。我們理論模擬得到的磁通系統(tǒng)在不同運動區(qū)域產(chǎn)生的頻譜變化與最近的實驗研究得到的高溫超導(dǎo)體產(chǎn)生的頻譜變化作了比較，得到的一致的結(jié)果

7、。第三，在磁通運動中外界驅(qū)動電流對磁通的脫釘和重新有序起到了重要的作用。磁通運動的近晶流處于兩個熔化相變點I<,p>和I<,8>的過渡階段。 (3))本文還研究了在弱無序系統(tǒng)中磁通晶格運動隨外界磁場強度的變化關(guān)系。隨著磁場強度的增大，磁通晶格系統(tǒng)的臨界電流減小，當(dāng)外加磁場增大，磁通系統(tǒng)進入彈性流相，電壓噪聲頻譜中低頻寬帶噪聲減小而出現(xiàn)洛侖茲NBN，外加磁場增大到熔化場F<,m>附近時，NBN峰值增高，峰值對應(yīng)頻率增大。通過分析