Jj sztuczny atom wyk ad 2
Download
1 / 34

JJ = sztuczny atom ( Wykład 2 ) - PowerPoint PPT Presentation


  • 71 Views
  • Uploaded on

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.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' JJ = sztuczny atom ( Wykład 2 )' - saul


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.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
Jj sztuczny atom wyk ad 2

JJ = sztuczny atom(Wykład 2)

Czy obiekty makroskopowe zachowują się kwantowo?


Iv curve
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.


Rcsj model resistively and capacitively shunted junction
RCSJ model(Resistively and Capacitively Shunted Junction)

Thevenin equivalent

Norton equivalent


Tilted washboard potential
Tilted washboard potential

  • <-> x

    V/j0 (napięcie) <-> v (prędkość)


Jj zastosowania
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”)!!!


Obraz klasyczny vs kwantowy
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


Jj zastosowania1
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


Jj detektor progowy w poszukiwaniu emf

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)




Tailoring environment
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


Thermal vs quantum fluctuations

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.


Switching
Switching

Proces Poissona -> JJ switching, shot noise (szum śrutowy), Drude model przewodnictwa, padający deszcz, rozpad promieniotwórczy, przełączanie domen magnetycznych

G

p

DU

IB < I0


Switching probability pomiar

S-curve

Switching probability - pomiar



Czy tylko termiczne wzbudzenia

Tescape in MQT regime

Tescape in thermal regime

Czy tylko termiczne wzbudzenia…?


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


Resonant switching

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



Zapisywanie bit w

Hard axis

easy axis

Zapisywanie bitów



Mqt inne uk ady fizyczne
MQT – inne układy fizyczne

  • Druciki nadprzewodzące (moje PhD)

  • Klastry magnetyczne (obecnie)


Goal to study progressive development of the effect as the function of wire diameter
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


R t transitions
R(T) transitions function of wire diameter


Breakdown of superconductivity due to tunneling of superconducting wave function
Breakdown of Superconductivity due to function of wire diameterTunneling 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


Squid
SQUID function of wire diameter

  • Superconducting Quantum Interference Device


Rb=200 function of wire diameterW

Bias resistor

V

Wiring a SQUID…


Squid electrical circuit
SQUID - Electrical circuit function of wire diameter

Ip = persistent current = nadprzewodzący prąd wirowy

  • – strumień magnetyczny przez pętle SQUIDa,

    j - faza „magnetyczna”


Critical current of the squid
Critical current of the SQUID function of wire diameter

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


Fraunhofer pattern for squid
Fraunhofer pattern for SQUID function of wire diameter

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):


Squid wiat nauki x 1994 john clarke
SQUID function of wire diameterŚwiat Nauki, X 1994, John Clarke


Squid r ne konfiguracje
SQUID – różne konfiguracje function of wire diameter


Okablowanie kriostatu function of wire diameter

a– tlumienie

-10dB(R=35 Ohm, r=26 Ohm)

-20dB (R=41 Ohm, r=10 Ohm)


ad