超导装置

在电磁频谱的最低端，它可用于极高精度的电流比较器，极低温度测量技术，地磁和生物磁测量以及引力波探测。

在频谱中间（RF到微波），它可用于功率和衰减的精确测量，超导频率稳定腔，快速瞬态信号波形的精确测量，模数转换器，逻辑和存储器集成电路。

超导设备的工作频率可以扩展到毫米波和红外波段，用于高灵敏度检测和接收，宽带频率合成，激光频率精度测量和基础研究。

超导装置具有低功耗和高集成度，并且在室温下通常比其他类似装置的灵敏度，准确度，响应速率和分辨率高至少一到两个数量级。

超导装置的核心是超导隧道装置和超导量子干涉装置。

1962年，英国B.D.约瑟夫森理论上证明，当两个超导体之间存在弱耦合以形成结时，库珀电子可以形成穿过它们之间的阻挡层的隧道电流。

因此，某个直流电流可以流过结区，并且器件两端的电压降为零;如果电流超过某个临界值（通常在10-3到10-6安培的范围内），则显示器件的两端。

一定的电压降，流过结区的电流是高频振荡的形式，频率是2eυ/ h（其中e是电子电荷，h是普朗克常数）。

通过实验证实了1963年的上述结论。

这种现象被称为约瑟夫森效应，或电子 - 隧道效应。

如果结区域两端的电压超过对应于超导体能隙的值，则电场能量足以拆开Cooper电子对以形成准粒子。

准粒子通过隧道穿过阻挡层的现象称为准粒子隧穿。

通常将电子 - 隧道效应和准粒子隧道效应结合成超导隧穿效应。

使用该原理制造的器件被称为超导隧道器件，有时称为约瑟夫森器件或约瑟夫森结。

根据不同的物理结构，上述器件可以细分为隧道结，微桥结，点结等。

1 DC SQUID：相当于使用超导环将两个约瑟夫森结连接在一起形成双端器件。

当端电压降至零时，它可以通过的最大电流是通过环路的磁通量的周期函数。

周期φ0（等于2.07×10-15度）称为通量量子。

由于φ0很小，这种周期性关系为测量磁通量提供了极其精确的分度。

2 RF SQUID：在这种配置中，单个约瑟夫逊结被超导环短路，并且环路耦合到RF偏置槽以获得电压响应。

RF SQUID的操作可以根据环路的电感和结的临界电流分为不同的模式。

SQUID结构是精密电磁测量的基础。

使用超导隧道器件和SQUID作为基本元件，它可用于检测，放大，逻辑，存储和其他器件。

例如，在准粒子隧穿伏安特性的非线性拐点附近偏置隧道结变为检测器，并且响应速率接近量子极限（对于每个光子输入产生一个电子）。

目前，研究工作主要集中在微波以上的频率，但音频下的响应速率实际上与微波频率以上的频率相同。

在放大方面，SQUID放大器最接近通常的晶体管放大器，并提供非常低的噪声功率增益。

例如，高灵敏度DC SQUID紧密耦合到较大但有感应的输入线圈，输入信号用于磁调制SQUID的临界电流。

但是，需要改善放大器的带宽和动态范围。

在逻辑功能方面，超导装置已用于制作AND门，OR门和NOT门。

超导逻辑电路具有功率低，开关延迟时间短的优点。

通过访问超导环路中的SQUID，可以通过利用由环路捕获的磁通量的量化特性来制造随机化存储器。

该存储器的特征在于在读或写时内部功耗为零，并且是“永久”的。

存储，速度极快（参见超导微波应用）。

超导超级滑翔机（SSC）是圆形粒子加速器。

美国最初计划于20世纪80年代在德克萨斯州建造，周长87公里，底部70米。

它共享超过10,000个超导磁体，是一个非常大的研究设施。

粒子束的总能量是质子束碰撞，能量为40 TeV，预计会观察到理论上预测的希格斯玻色子。

规划师是哈佛大学的物理学家罗伊·施维特斯