超导量子比特

《超导量子比特》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、2008年暑期《先进光子学材料与技术讲习班》超导量子比特的实验研究超导量子比特的实验研究于于扬扬南京大学物理系南京大学物理系20082008年年88月月66日，天津日，天津目录1.超导物理简介2.超导约瑟夫森器件3.超导量子比特的测量参考书目和文献1.《超导物理》，张裕恒，中国科学技术大学出版社2.《超导物理学》，章立源，电子工业出版社3.M.Tinkham,IntroductiontoSuperconductivity,(McGraw-Hill,NewYork,1996).4.A.BaroneandG.Pat

2、erno,PhysicsandApplicationsoftheJosephsonEffect(JohnWileyandSons,NewYork,1982).5.Y.Makhlin,G.Schön,A.Shnirman,Rev.Mod.Phys.73,357(2001).6.J.Q.YouandF.Nori,PhysicsToday,Nov.2005.一、超导物理简介1.导体可以导电。2.电子流过导体受到晶格随机散射,具有电阻R，满足欧姆定律。唯象方程，牛顿第二定律dvmvdd−=eEm+dtτ恒定电场的稳定状

3、态，电子匀速运动dveEτd=0v=−ddtm2neτJn=−ev=EE=σdm小电阻的测量万用表测量电阻,当Rs很小时引线和接触R2R1R4电阻大于或接近Rs,测量的Rs不准。R3RsRsR6R5VI常用四引线法。恒流源。R2R1R4VRsR3RiR6R5RsVI超导态的电学性质R1911年，Onnes发现把汞冷到4.2K,电阻R=0,称为超导现象。TcT正常导体，电磁学性质用麦克斯维方程组描述，∂B∂DDE=ε∇×EH=−,∇×=+J∂tt∂B=μH∇⋅DB=ρ,∇⋅=0J=σE超导体，电磁学性质除了满足麦

4、克斯维方程组，还满足什么特殊的方程？（伦敦方程I和II）2dvdJnedJ=−nevme=Ed=Edtdtm22∇×=JH∇×∇×HHH=∇∇⋅()−∇=H/λ超导态热力学H超导体内Hc(0)NßR=0,零电阻，理想导体。SßB=0，完全抗磁，迈斯纳效应。Tc(0)T超导态是热力学状态，不依赖于路径，正常到超导转变是相变。稳态能量最低，T

5、2g(,)TH===+g(,0)Tg(,)THg(,0)THμnnscs0c超导态比正常态能量低2超导态的热力学性质⎛⎞∂g∂HS=−⎜⎟c0SS−=−μH>超导态比正常态更有序⎝⎠∂Tns0cP,H∂T∂Hc∂SLv=−TSS()=−vTHμns0c∂TCv=T≠0二级相变∂TTTHT==,()0⇒L=0ccc2超导体表面，ξ距离不超导，能量增加ξμ⋅0Hc2λ距离不抗磁，能量减少λμ⋅H0c产生表面能–MI类–MII类Hc(T)HHc(T)Hc(T)H12Ginzburg-Landau方程超导是二级相变，从

6、无序到有序。朗道二级相变理论：1.定义一个序参量，在相变点为零，TT→→,0ψc2.在相变点附近，自由能可以按的幂次展开，3.展开式的系数是Ｔ的有规律的函数。24βgg=+αψψ+sn22nneiθψψ=,=ssGL方程I和II22Z2αψ+βψψ−∇=ψ02m21∇=Aj−=As2λ类磁通守恒和磁通量子化∂∂B∇×EE=−→∫∫∇×⋅ds+∫∫B⋅ds=0c∂∂ttss∂→⋅+î∫∫Edl∫Bds⋅=0∂tcs∂∂j⎡⎤22sEB=→μλ⎢⎥⋅ds+μλjdl=000∫∫î∫s∂∂tt⎣⎦sc类磁通守恒BAB

7、=∇×→∫∫⋅dsA=î∫dlsc11nh→Φ=(*mveAdl+*)⋅=Pdl⋅==ΦnLsîî∫∫0ee**e*cc磁通量子化超导微观机制：BCS理论1.电子库仑排斥2.电子－声子相互作用，导致电子有效吸引3.在费米面附近(准一维)，一对电子(↑k,↓-k)存在吸引，就能形成束缚态－库柏对−2/(0)NVEe≈−2Zω电子吸引强度c费米面态密度电子吸引的截止频率1(2Δ0)超导态的凝聚能:ENc≈Δ(0)(0),≈1.7642kTBΔ()TΔ()T1/2Δ(0)有限温:≈−1.741()TT/cΔ(0)22

8、TT/库柏对的激发能量:E=ε+Δce超导态的态密度正常金属,自由电子E气：Z22kE=NE∝n2mNE()nNE22NE()=n超导态:E=ε+Δs22E−ΔEΔ−ΔNE()s电子隧道现象正常金属中电子隧道金属金属V=0,I=0V>0,I≈AN(0)N(0)eVAB欧姆定律超导体和正常导体之间的隧道IΔ/eVVeI≤Δ/,=0snT=022VeIG>Δ/,=Ve−Δ()/snnT>0