1 / 34

JJ = sztuczny atom ( Wykład 2 )

JJ = sztuczny atom ( Wykład 2 ). Czy obiekty makroskopowe zachowują się kwantowo?. IV curve. Quasiparticle branch. Supercurrent branch. switching. I sw. retrapping. Hysteretic behavior !!!. V jsw = I sw R b. Subgap current.

saul
Download Presentation

JJ = sztuczny atom ( Wykład 2 )

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

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

  2. IV curve Quasiparticle branch Supercurrent branch switching Isw retrapping Hysteretic behavior !!! Vjsw = IswRb Subgap current I-V characteristics of JJ biased through RB bias resistor. JJ supports supercurrent only to certain level. On crossing the threshold value I0 finite voltage develops across JJ.

  3. RCSJ model(Resistively and Capacitively Shunted Junction) Thevenin equivalent Norton equivalent 

  4. Tilted washboard potential • <-> x V/j0 (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); • oscylator kwantowy = 2 atomy połączone sprężynką, energia drgań przybiera ściśle określone wartości  Czy drgania „plasmy” na złączu Josephsona są również skwantowane? • Tunelowanie. Czy mogą mu podlegać zespoły składające się z wielkiej liczby cząstek (Macroscopi Quantum Tunelling). • Superpozycja. Jeśli stany oscylatora JJ są skwantowane, to czy można umieszczać go w superpozycji tych stanów? • Czy istnieje splątanie kwantowe? („spooky action at distance”) JJ = SZTUCZNY ATOM z drucikami („macroscopic nuclei with wires”)!!!

  6. Obraz klasyczny vs. kwantowy U(d) U(d) Y0(d) d d Obraz klasyczny – punktowa cząstka z dowolną energią Obraz kwantowy – cząstka to paczka falowa i energia jest skwantowana

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

  8. Fig.4. The current going through JJ switch results from biasing it from voltage source VB through bias resistor RB , and the current generated due to EMF (IEMF = 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. JJ – detektor progowy(w poszukiwaniu EMF)

  9. Thermal fluctuations, ruchy Browna, 1D random walk

  10. Q (quality factor) <-> hysteresis

  11. Tailoring environment Impedance spectrum up to 67kHz Al Al Al w Alx0y ALSN2no2 Cg = 134pF Rg=29.8Mom Cc=109pF Rc=12.9Mom C = 60pF Bottom electrode Al On-chip capacitor ALSN2no2 Cg = 164pF Rg=12.7Mom Cc=100pF Rc=9.8Mom C = 62pF

  12. DU ’s denote rates for both processes. Thermal vs. Quantum fluctuations • Superconducting Wave can relax to a state of lower energy changing its quantum state in two ways: • Via thermally activated phase slips • 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 G p DU IB < I0

  14. S-curve Switching probability - pomiar

  15. Effective temperature and critical current

  16. Tescape in MQT regime Tescape in thermal regime Czy tylko termiczne wzbudzenia…?

  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 t(0) – średni czas przebywania cząstki w stanie metastabilnym t(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. Hard axis easy axis Zapisywanie bitów

  21. Thermal stability of bits

  22. MQT – inne układy fizyczne • Druciki nadprzewodzące (moje PhD) • Klastry magnetyczne (obecnie)

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

  24. R(T) transitions

  25. Breakdown of Superconductivity due to Tunneling of Superconducting Wave Function Same aluminium nanowire after sessions of sputtering: resistance dramatically changes by 1 nm diameter reduction! s1/2 =15 nm s1/2 =16 nm s1/2 =17 nm s1/2 =19 nm

  26. SQUID • Superconducting Quantum Interference Device

  27. Rb=200W Bias resistor V Wiring a SQUID…

  28. SQUID - Electrical circuit Ip = persistent current = nadprzewodzący prąd wirowy • – strumień magnetyczny przez pętle SQUIDa, j - faza „magnetyczna”

  29. Critical current of the SQUID Dla F = F0/2 => g1 = 0, g2 = p => Ij1 = 0, Ij2 = 0 => dowolnie mały prąd zasilający Ib spowoduje włączenie się SQUIDu SQUID = JJ z regulowanym polem magnetycznym prądem krytycznym

  30. Fraunhofer pattern for SQUID Symmetric Squid is superconducting analog of 2 slits optical interferometer: applied flux - F  d*sinq - path difference Flux quantum – F0  l– wavelength For symmetric SQUID (2 x JJ):

  31. SQUIDŚwiat Nauki, X 1994, John Clarke

  32. SQUID – różne konfiguracje

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

More Related