Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

JJ = sztuczny atom ( Wykład 2 ) Czy obiekty makroskopowe zachowują się kwantowo?

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "JJ = sztuczny atom ( Wykład 2 ) Czy obiekty makroskopowe zachowują się kwantowo?"— Zapis prezentacji:

1 JJ = sztuczny atom ( Wykład 2 ) Czy obiekty makroskopowe zachowują się kwantowo?

2 IV curve I-V characteristics of JJ biased through R B bias resistor. JJ supports supercurrent only to certain level. On crossing the threshold value I 0 finite voltage develops across JJ. V jsw = I sw R b I sw Supercurrent branch Subgap current Quasiparticle branch switchingretrapping Hysteretic behavior !!!

3 RCSJ model (Resistively and Capacitively Shunted Junction) Thevenin equivalentNorton equivalent

4 Tilted washboard potential x V/ 0 (napięcie) v (prędkość)

5 JJ zastosowania Motywacja dla fizyka/filozofa: - testowanie idei mechaniki kwantowej na obiektach makroskopowych (na zmiennych opisujących układy składające się z makroskopowej liczby cząstek); 1.oscylator kwantowy = 2 atomy połączone sprężynką, energia drgań przybiera ściśle określone wartości Czy drgania plasmy na złączu Josephsona są również skwantowane? 2.Tunelowanie. Czy mogą mu podlegać zespoły składające się z wielkiej liczby cząstek (Macroscopi Quantum Tunelling). 3.Superpozycja. Jeśli stany oscylatora JJ są skwantowane, to czy można umieszczać go w superpozycji tych stanów? 4.Czy istnieje splątanie kwantowe? (spooky action at distance) JJ = SZTUCZNY ATOM z drucikami (macroscopic nuclei with wires)!!!

6 Obraz klasyczny vs. kwantowy Obraz klasyczny – punktowa cząstka z dowolną energią Obraz kwantowy – cząstka to paczka falowa i energia jest skwantowana U( ) 0 ( )

7 JJ zastosowania Motywacja dla inżyniera: 1.SQUID = 2xJJ, najczulszy detektor pola magnetycznego 2.JJ to detektor progowy (threshold detector) 3.JJ – podstawowy element nadprzewodzących obwodów elektrycznych (JJ = nieliniowa indukcyjność) => np. 1D rezonatory o regulowanej częstotliwości rezonansowej 4.Superconducting qubits – podstawowy składnik komputera kwantowego

8 JJ – detektor progowy (w poszukiwaniu EMF) Fig.4. The current going through JJ switch results from biasing it from voltage source V B through bias resistor R B, and the current generated due to EMF (I EMF = EMF/R). If this current is above the threshold value the JJ switches and a voltage develops. JJ can be easily read-out by a voltmeter.

9 Thermal fluctuations, ruchy Browna, 1D random walk

10 Q (quality factor) hysteresis

11 Tailoring environment Al x 0 y Bottom electrode Al Al Impedance spectrum up to 67kHz ALSN2no2 C g = 134pF R g =29.8Mom C c =109pF R c =12.9Mom C = 60pF ALSN2no2 C g = 164pF R g =12.7Mom C c =100pF R c =9.8Mom C = 62pF On-chip capacitor

12 Thermal vs. Quantum fluctuations U s denote rates for both processes. Superconducting Wave can relax to a state of lower energy changing its quantum state in two ways: 1.Via thermally activated phase slips 2. Via Quantum Phase Slips (tunneling, even at T -> 0) Since many Cooper pairs are involved in such change we call it Macroscopic Quantum Tunneling.

13 Switching Proces Poissona -> JJ switching, shot noise (szum śrutowy), Drude model przewodnictwa, padający deszcz, rozpad promieniotwórczy, przełączanie domen magnetycznych U p I B < I 0

14 Switching probability - pomiar S-curve

15 Effective temperature and critical current

16 Czy tylko termiczne wzbudzenia…? T escape in MQT regime T escape in thermal regime

17 PRL, M.H.Devoret et. al, Measurements of Macroscopic Quantum Tunnelling of the Zero- Voltage State of a Current-Biased Josephson Junction

18 Resonant switching (0) – średni czas przebywania cząstki w stanie metastabilnym (P) – średni czas przebywania cząstki w stanie metastabilnym w obecności mikrofal o mocy P PRL, M.H.Devoret et. al, Resonant Activation from the Zero-Voltage State of a Current-Biased Josephson Junction

19 Nanomagnet switching

20 Zapisywanie bitów easy axis Hard axis

21 Thermal stability of bits

22

23 MQT – inne układy fizyczne Druciki nadprzewodzące (moje PhD) Klastry magnetyczne (obecnie)

24 = 40 o Evolution under beam bombardment of the same single wire Goal: to study progressive development of the effect as the function of wire diameter Human hair is approx. 80 m thick. Wire is approx. 10nm thick => it is 8000 times thinner than your hair Argon ions used as cannon balls kicking out atoms from the bombarded material (so called sputtering).

25 R(T) transitions

26 Breakdown of Superconductivity due to Tunneling of Superconducting Wave Function 1/2 =19 nm 1/2 =17 nm 1/2 =16 nm 1/2 =15 nm Same aluminium nanowire after sessions of sputtering: resistance dramatically changes by 1 nm diameter reduction!

27 SQUID Superconducting Quantum Interference Device

28 Wiring a SQUID… V Rb=200 Bias resistor

29 SQUID - Electrical circuit – strumień magnetyczny przez pętle SQUIDa, - faza magnetyczna I p = persistent current = nadprzewodzący prąd wirowy

30 Critical current of the SQUID Dla Ij1 = 0, Ij2 = 0 => dowolnie mały prąd zasilający I b spowoduje włączenie się SQUIDu SQUID = JJ z regulowanym polem magnetycznym prądem krytycznym

31 Fraunhofer pattern for SQUID Symmetric Squid is superconducting analog of 2 slits optical interferometer: applied flux d*sin - path difference Flux quantum – – wavelength For symmetric SQUID (2 x JJ):

32 SQUID Świat Nauki, X 1994, John Clarke

33 SQUID – różne konfiguracje

34 Okablowanie kriostatu – tlumienie -10dB(R=35 Ohm, r=26 Ohm) -20dB (R=41 Ohm, r=10 Ohm)


Pobierz ppt "JJ = sztuczny atom ( Wykład 2 ) Czy obiekty makroskopowe zachowują się kwantowo?"

Podobne prezentacje


Reklamy Google