高温超导太赫兹辐射源自热效应的研究

发布时间：2018-01-07 00:40

  本文关键词：高温超导太赫兹辐射源自热效应的研究　出处：《南京大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 太赫兹技术 超导器件 高温超导BSCCO太赫兹辐射源 “自热”特性

【摘要】：太赫兹(Terahertz,THz,1O~(11)Hz到10~(13)Hz)波由于缺乏有效的产生和检测手段,并未得到充分的应用,被称为"太赫兹空白(Terahertz Gap)"。高温超导Bi_2Sr_2CaCu_2O_8(BSCCO)本征约瑟夫森(intrinsic Josephson junctions,IJJs)结阵在合适的电学偏置下可以产生频率连续可调的太赫兹辐射,为太赫兹技术提供了一种新型固态太赫兹源的应用方案。就固态太赫兹辐射源而言,本征约瑟夫森结器件的工作频率多数集中在0.3-0.8THz波段。为解决该"太赫兹空白"问题,需要将其工作频段向更高频率的方向拓展,但面临一个重要问题:"自热"现象。"自热"问题是影响BSCCO太赫兹辐射源工作特性的一把"双刃剑":一方面,高电流偏置下的"自热"现象引起的"热点"有助于减小辐射线宽并增大辐射的频率调谐性;另一方面,该"热点"区域的存在使样品"冷区"和"热区"的整体工作温度都有一定程度的提高,从而限制了结阵两端承受的电压上限,约瑟夫森关系决定的振荡频率也因此受限。本文基于GBG(gold-BSCCO-gold)结构样.品,改进了制备工艺,进一步研究高温超导BSCCO太赫兹源的辐射特性和辐射机制,重点分析"自热"问题的产生机制,以期更好地利用"自热"特性,进一步提高该辐射源的实际性能,拓宽其应用前景。本文提出的"三明治"(SWS,Sandwich Structure)样品结构,有效改善了高温超导BSCCO太赫兹辐射源的导热效率和工作性能,大幅提高了样品的最大工作电压和辐射频率。该结构的太赫兹辐射源最高频率在国际上首次超过1THz,且器件可以工作在液氮温区。利用该结构制备的样品可以为液氮制冷的便携式太赫兹源提供发生器。这一结构也被国际同行学习并采用。本文的研究工作主要涵盖了器件设计、样品制备、性能测试、结果仿真及分析等多个方面,具体如下:第一,介绍了太赫兹技术、高温超导体、超导电性、本征约瑟夫森结等有关背景知识;简述了高温超导太赫兹辐射源的发现、发展和实际应用等方面,总结了 BSCCO太赫兹辐射源的各种工作机理解释方法,引出了"自热"特性对太赫兹辐射特性的影响;第二,介绍了GBG结构太赫兹辐射源的设计、制备以及其电学输运和太赫兹辐射特性的测试系统、测试结果等方面的内容;第三,提出了新型的"三明治"样品结构,有效改善了 GBG结构样品的导热效率,并大幅提高了样品所能达到的最高工作电压、可工作的温度上限及样品辐射的最高频率等;第四,利用3D多物理场有限元法数值仿真软件COMSOL,针对上一章节提出的两种结构模型,仿真了 BSCCO辐射源的导热机制,给出了与实验结果相符的解释,并从仿真角度指出了进一步的改进方向。
[Abstract]:High temperature superconducting Bi _ 2Sr _ 2CaCu _ 2O _ 8 ( BSCCO ) eigenpairs of high temperature superconducting Bi _ 2Sr _ 2CaCu _ 2O _ 8 ( BSCCO ) eigenpairs can produce terahertz radiation with adjustable frequency . Based on GBG ( gold - BSCCO - gold ) structure , this paper presents a new type of " sandwich " sample structure , which can improve the heat transfer efficiency of the high - temperature superconducting BSCCO terahertz radiation source and improve the application prospect . The paper introduces the design , development and practical application of the high - temperature superconducting BSCCO terahertz radiation source . The thermal conduction mechanism of the BSCCO radiation source is simulated , the explanation of the experimental results is given , and the further improvement direction is pointed out from the simulation angle .

【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O511;O441.4

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 罗贞礼;韩征和;;高温超导复杂产品国外近期应用态势及对我们的启示[J];新材料产业;2009年01期

2 张沂年;韩征和;;高温超导:发展低碳经济的关键技术之一[J];新材料产业;2010年03期

3 李明丽;;培育创新科研团队 推动高温超导行业发展[J];中国发明与专利;2013年05期

4 王兴五;1988年美国物理学年会重视高温超导[J];物理;1988年09期

5 邢旭;顾恩友;王锡绂;;高温超导体的研究现状及展望[J];东北师大学报(自然科学版);1989年02期

6 李福祯;中国国际夏季物理学校北京国际高温超导物理研讨会介绍[J];物理;1991年02期

7 郑树湘;欧洲高温超导开发计划[J];低温与超导;1992年02期

8 何建鄂,宋伯润;高温超导的一种配对机制[J];广西师范大学学报(自然科学版);1992年04期

9 路爱民 ,朱巧玲;无限风光在险峰——记张裕恒教授和他的高温超导研究组[J];教育与现代化;1992年03期

10 杨国桢,聂玉昕;《高温超导》书评[J];物理;1993年11期

相关会议论文 前10条

1 杨天信;谢毅立;;高温超导技术在国外军事装备中的应用综述[A];第十届中国科协年会论文集（四）[C];2008年

2 林良真;;高温超导体及其电力应用研究[A];全国电工理论与新技术学术年会（CTEE'2001）论文集[C];2001年

3 秦晓梅;杨留响;李凤英;靳常青;;高温高压下无限层CaCuO_2的p型掺杂[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年

4 孙本哲;张影;李茂林;张炳森;何宁;祁阳;;La掺杂对Bi系高温超导体相组成和微观形貌的影响[A];2008全国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2008年

5 王金星;;高温超导在磁共振成像中的应用[A];2000年材料科学与工程新进展（上）——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年

6 陈彦斌;王涛;李申阳;;基于高温超导的遥感接收技术研究[A];第二届高分辨率对地观测学术年会论文集[C];2013年

7 林良真;;超导电力技术发展动态与前景[A];中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集（下册）[C];2008年

8 张国民;;高温超导储能技术[A];第一届全国储能科学与技术大会摘要集[C];2014年

9 栾广富;项立峥;黄定忠;王德丰;;高温超导电动机研制和试验研究[A];上海市制冷学会二○○一年学术年会论文集[C];2001年

10 金建勋;郑陆海;;基于LabVIEW的高温超导伏安特性测试系统[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集（二）[C];2007年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者 祝福　通讯员 关雷 樊宇;包头高温超导产品生产线开工[N];内蒙古日报(汉);2009年

2 本报记者　贾婧;为高温超导应用护航[N];科技日报;2006年

3 莫文;掌握前沿技术 创造一流成果[N];中国知识产权报;2006年

4 记者白茂槐;包头开建高温超导产品生产线[N];中国冶金报;2009年

5 本报记者 石珊珊 马亮;美国超导:高温超导技术商业化的领军者[N];机电商报;2009年

6 本报记者 张佳星;从铜导线到高温超导[N];科技日报;2009年

7 刘东然;我国首个高温超导通信基地连续运行超3年[N];中国知识产权报;2009年

8 学生记者 季耿　李荣沙 付东篱 吴婷婷;微波通信低功耗 高温超导送“福音”[N];新清华;2010年

9 见习记者 潘高颖;英纳超导：重点布局转向工业领域[N];上海证券报;2011年

10 记者 赵姝婧;我国高温超导应用研究取得重大突破[N];新清华;2012年

相关博士学位论文 前10条

1 蒋婧;不同外磁场中高温超导块材悬浮特性实验研究[D];西南交通大学;2015年

2 嵇敏;高温超导太赫兹辐射源自热效应的研究[D];南京大学;2017年

3 郝璐瑶;高温超导太赫兹辐射源的性能优化[D];南京大学;2017年

4 郑s，

本文编号：1390246