超導(dǎo)薄膜磁場穿透深度的雙線圈互感測量*

張若舟 秦明陽 張露 尤立星 董超 沙鵬 袁潔 金魁 2)5)?

1) (中國科學(xué)院物理研究所, 北京凝聚態(tài)物理國家研究中心, 北京 100190)

2) (中國科學(xué)院大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院, 北京 100049)

3) (中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所, 上海 200050)

4) (中國科學(xué)院高能物理研究所, 北京 100049)

5) (松山湖材料實(shí)驗(yàn)室, 東莞 523808)

磁場穿透深度是聯(lián)系超導(dǎo)體宏觀電動力學(xué)與微觀機(jī)制的重要物理量, 其精確測量對于研究超導(dǎo)機(jī)理以及探索超導(dǎo)應(yīng)用具有重要意義.在眾多的磁場穿透深度測量方法中, 雙線圈互感法具有測量精度高、技術(shù)相對成熟、對樣品沒有破壞等優(yōu)點(diǎn), 可被用于細(xì)致地研究超導(dǎo)薄膜的磁場穿透深度對溫度、摻雜、外延應(yīng)力等參量的依賴關(guān)系.本文首先簡要介紹了雙線圈互感法的基本原理, 指出該方法的測量精度主要受系統(tǒng)幾何參數(shù)及薄膜邊緣漏磁的影響; 之后對自主設(shè)計(jì)搭建的透射型雙線圈互感裝置進(jìn)行了系統(tǒng)的校驗(yàn), 并詳細(xì)說明了其測量精度: 對于厚度為100 nm, 穿透深度為150 nm的典型薄膜樣品, 穿透深度絕對值的測量誤差小于10%; 最后通過測量NbN超導(dǎo)薄膜的磁場穿透深度進(jìn)一步檢驗(yàn)了裝置的精度, 分析表明穿透深度的測量值與文獻(xiàn)報道結(jié)果符合.

1 引 言

超導(dǎo)電性是20世紀(jì)以來凝聚態(tài)物理學(xué)中最具吸引力的現(xiàn)象之一, 其具有兩個基本特性—零電阻率和邁斯納效應(yīng)[1].為了解釋邁斯納效應(yīng),London兄弟[2]于1935年提出了一個唯象模型, 指出磁場進(jìn)入超導(dǎo)體后會迅速衰減, 并將衰減的特征尺度定義為磁場穿透深度λ (下文中簡稱為穿透深度).根據(jù)London理論, 穿透深度直接取決于超導(dǎo)電子的有效質(zhì)量m*和超流密度ns.

穿透深度是聯(lián)系超導(dǎo)體宏觀電動力學(xué)與微觀機(jī)制的橋梁, 其中蘊(yùn)含了豐富的物理內(nèi)容[3,4].首先, 穿透深度隨溫度的演化行為λ(T)攜帶了配對對稱性及能帶結(jié)構(gòu)的信息.例如, Hardy等[5]測量了YBa2Cu3O6.95的 ? λ(T)=λ(T)? λ(0) , 數(shù)據(jù)表明低溫下Δλ(T)呈現(xiàn)線性, 這成為空穴型銅氧化物的能隙具有線節(jié)點(diǎn)的首個關(guān)鍵證據(jù); Skinta等[6]關(guān)于 La2—xCexCuO4—y與 Pr2—xCexCuO4—y的穿透深度測量結(jié)果表明電子型銅氧化物在最佳摻雜附近會發(fā)生配對對稱性的轉(zhuǎn)變; Fletcher等[7]通過分析MgB2的穿透深度, 指出MgB2具有雙能隙結(jié)構(gòu).其次, 通過對穿透深度數(shù)據(jù)進(jìn)行零溫外延, 還可以提取出超導(dǎo)體的相位剛度 ρs0∝ λ?2(T → 0) .ρs0越小意味著相位漲落越強(qiáng)[8].有趣的是, 銅氧化物的相位剛度ρs0與超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(Tc)之間存在強(qiáng)勁的標(biāo)度關(guān)系[9?11], 這暗示著相位漲落在高溫超導(dǎo)機(jī)理中起到非常關(guān)鍵的作用.另外, λ直接與電子有效質(zhì)量m*相關(guān), 而m*很容易受到量子漲落的影響.因此人們能在不施加磁場和壓力的情況下,通過測量不同摻雜樣品的λ(T→0)直接探測超導(dǎo)dome內(nèi)的量子臨界點(diǎn)(quantum critical point,QCP).QCP附近的零溫穿透深度峰在鐵基超導(dǎo)體中已被多次觀測到[12?14].

穿透深度的測量對于揭示超導(dǎo)機(jī)理至關(guān)重要,但該物理量通常只有千埃的量級, 想要進(jìn)行精確、細(xì)致的測量是十分困難的.目前, 人們已發(fā)展出一系列測量穿透深度的方法, 包括μ子自旋共振(μSR)法[15]、微波表面阻抗法[16,17]、LC 諧振法[18?20]、下臨界磁場測量[21,22]、掃描超導(dǎo)量子干涉儀[23]、磁力顯微鏡[24]等.對于超導(dǎo)薄膜而言, 最具代表性且應(yīng)用最廣泛的測量方法是微波表面阻抗法和μSR.其中, 微波表面阻抗法通過測量置樣前后諧振腔共振頻率和品質(zhì)因數(shù)的差異來得到樣品的表面阻抗, 進(jìn)而提取穿透深度.但該技術(shù)受限于裝置幾何因子的不確定性, 只能測得穿透深度相對值Δλ(T), 無法精確得到穿透深度絕對值; μSR則通過測量樣品混合態(tài)的磁場分布準(zhǔn)確給出穿透深度絕對值, 且測量結(jié)果不易受樣品形狀及厚度影響.然而, 該方法成本高、測量周期長、無法連續(xù)變溫測量, 因此不適合細(xì)致地研究穿透深度隨溫度、摻雜的演化行為.此外, μSR測量過程中需要對樣品施加外磁場,可能會造成穿透深度的測量值偏離零磁場下的數(shù)值[15].

雙線圈互感法是一種測量超導(dǎo)薄膜穿透深度絕對值的高精度方法, 其基于超導(dǎo)薄膜對低頻交變場的屏蔽效應(yīng), 能夠不依賴任何擬合參數(shù)地給出穿透深度絕對值.Hebard和Fiory[25]于1980年首次提出了透射型的雙線圈互感技術(shù), 其裝置主要由同軸放置的驅(qū)動線圈和接收線圈組成.待測薄膜夾在兩個線圈之間, 通過測量線圈間的互感系數(shù)來提取薄膜的低頻電導(dǎo)率及穿透深度.隨后, Jeanneret等[26]發(fā)展出反射型的互感線圈裝置, 兩個線圈位于薄膜同一側(cè).這樣做不僅提高了測量靈敏度, 還將薄膜另一側(cè)的空間留出, 以方便進(jìn)行其他測試.基于此, Kinney等[27]實(shí)現(xiàn)了離子液體調(diào)控過程中La2CuO4+x薄膜穿透深度的原位測量.然而, 相比于稍晚些提出的反射型, 透射型雙線圈互感技術(shù)擁有一套更加完整的校準(zhǔn)及數(shù)據(jù)處理方法.Claassen等[28]、Turneaure等[29,30]和 Fiory等[31]在透射型雙線圈互感技術(shù)的裝置設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、參數(shù)優(yōu)化上開展了先驅(qū)性的工作, 為該技術(shù)的成熟奠定了基礎(chǔ).近期, He等[32]和Dubuis等[33]發(fā)展了新型透射型互感線圈裝置, 使穿透深度絕對值的測量誤差降至1%以內(nèi).他們還利用該裝置細(xì)致測量了過摻雜La2?xSrxCuO4的超流密度, 揭示出一個出人意料的ρs0(Tc)標(biāo)度律[9].

本文將對雙線圈互感技術(shù)的測量原理進(jìn)行簡單介紹; 重點(diǎn)介紹我們自主設(shè)計(jì)的測量裝置及其校驗(yàn)結(jié)果, 分析并估算提取穿透深度的不確定性; 最后報道并探討NbN薄膜的穿透深度測量結(jié)果.

2 理 論

雙線圈互感法基于驅(qū)動線圈和接收線圈之間的互感現(xiàn)象.當(dāng)在驅(qū)動線圈中通過一角頻率為ω、幅值為Id的交變電流時, 通過接收線圈的磁通量就會隨時間簡諧變化并激發(fā)出感生電壓.在驅(qū)動電流不變的條件下, 感生電壓越大意味著線圈間的磁耦合越強(qiáng), 耦合強(qiáng)度可以用互感系數(shù)M來衡量[29]:

雙線圈系統(tǒng)的互感系數(shù)M主要來源于兩部分電流的貢獻(xiàn).一是驅(qū)動線圈的電流, 它對M的貢獻(xiàn)可以直接利用經(jīng)典電磁學(xué)得到.二是超導(dǎo)薄膜內(nèi)被激發(fā)出的屏蔽電流, 其大小與超流密度 ns∝ λ?2密切相關(guān).因此求解M(λ)的關(guān)鍵在于得到薄膜內(nèi)部的屏蔽電流分布.根據(jù)二流體模型及麥克斯韋方程組, 屏蔽電流密度J滿足如下積分方程[30]:

其中μ0為真空磁導(dǎo)率, σ1為準(zhǔn)粒子電導(dǎo)率, Ad為驅(qū)動線圈電流產(chǎn)生的矢勢.(2)式的嚴(yán)格求解一般比較困難, 但對于圓形薄膜, 可以將其化為線性方程組并進(jìn)行數(shù)值求解[30]; 對于無限大薄膜, Clem和Coffey[34]求解(2)式后得到了互感系數(shù)的解析表達(dá)式:

其中Nd與Np分別代表驅(qū)動線圈與接收線圈的總匝數(shù), Rd,i和Rp,j分別代表第i匝驅(qū)動線圈和第j匝接收線圈的半徑, hi,j代表第i匝驅(qū)動線圈和第j匝接收線圈的間距, d為薄膜厚度,Q2=q2+λ?2?iμ0ωσ1.

理論上, 將測量到的M(T)代入(3)式就能夠提取出λ(T), 但該數(shù)據(jù)處理過程的準(zhǔn)確性受到諸多因素的限制[28?30,35].首先, 樣品的尺寸并非無限大, 因此一部分驅(qū)動線圈產(chǎn)生的磁場會繞過樣品邊緣抵達(dá)接收線圈, 形成“漏磁”.這將導(dǎo)致互感系數(shù)的測量值總是大于M∞.針對該問題, Turneaure等[29,30]指出有限尺寸薄膜的互感系數(shù)Msample可以表示為兩部分之和:

其中M∞為(3)式給出的同種材料、相同厚度、無限大薄膜的互感系數(shù), M1是薄膜邊緣的漏磁, 可以通過測量與樣品形狀相同的鈮箔(或厚鈮膜)的低溫互感實(shí)部來獲得[29,32].因此扣去漏磁M1后的互感系數(shù)應(yīng)當(dāng)滿足(3)式.這種扣除漏磁的方法不僅使得無限大薄膜的解析表達(dá)式適用, 還能去除電路中的耦合帶來的影響.但需要注意的是, 當(dāng)線圈外徑過大或線圈間距過大時, (4)式將不再成立[29],此時薄膜邊緣的漏磁將難以處理, 穿透深度的測量精度也將大打折扣.

此外, 線圈參數(shù)的復(fù)雜性及升降溫過程中的熱脹冷縮會導(dǎo)致系統(tǒng)的幾何參數(shù)很難嚴(yán)格確定.克服這種不確定性的常用方法是使用歸一化的互感系數(shù) (Msample— M1)/M0來處理數(shù)據(jù)[9,29], 其中 M0等于無薄膜時的互感系數(shù), 可以在(3)式中令d =0來得到, 若定義

可以得到“幾何因子”

其攜帶了線圈所有的幾何參數(shù).再結(jié)合(3)式和(4)式可以得到歸一化互感系數(shù)

其中T0代表略大于Tc的溫度, Tmin為漏磁的測量溫度, 通常為制冷機(jī)的低溫極限.下文中將使用(8)式對穿透深度進(jìn)行求解.

3 測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)及校驗(yàn)

基于上述原理, 我們自主設(shè)計(jì)并搭建了一套高精度的透射型互感線圈裝置, 并對其進(jìn)行了系統(tǒng)的校驗(yàn)及精度分析.

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1(a)為互感線圈測量系統(tǒng)示意圖.核心的驅(qū)動線圈(drive coil)及接收線圈(pickup coil)由線徑為40 μm的無氧銅漆包線繞制而成.為保證線圈的同心度及其位置的穩(wěn)定性, 首先將線圈固定于G10塑料材質(zhì)的線圈托(coil holder)內(nèi), 再利用絕緣膠將線圈托灌入藍(lán)寶石(sapphire block)的柱形孔中.藍(lán)寶石內(nèi)有一個特殊設(shè)計(jì)的凹槽用來固定樣品, 能夠保證樣品中心與兩個線圈處于同一軸線.樣品溫度通過藍(lán)寶石上的一個半導(dǎo)體溫度計(jì)(thermometer)來測量.整個裝置通過黃銅螺釘固定在Montana光學(xué)低溫恒溫器的3 K銅平臺(platform)上, 外部的屏蔽罩(radiation shield)可有效減少熱輻射對樣品溫度的影響.為減少電路間的串?dāng)_, 線圈與鎖相放大器 (lock?in amplifier SR830)通過同軸電纜進(jìn)行連接.

圖1(b)為測量系統(tǒng)的等效電路圖.其中Rd與Rp分別代表驅(qū)動線圈及接收線圈的電阻, 在室溫下分別為 13.9 和 14.1 Ω.負(fù)載電阻 R =10 kΩ與Rd串聯(lián), 用來減少變溫對驅(qū)動線圈電流的影響.M代表驅(qū)動線圈與接收線圈之間的互感系數(shù).在利用鎖相放大器給驅(qū)動線圈施加電壓的同時也將該電壓信號設(shè)置為鎖相的內(nèi)部參考信號(reference signal).理論上, 接收線圈的感生電壓與驅(qū)動電流之間的相位差為90°, 但由于兩線圈間寄生電容C的存在[29], 實(shí)際測量得到的相位差為90° ±4.7°, 與其他課題組的裝置在同一水平[36].

3.2 線圈設(shè)計(jì)

前文中提到, 合理的線圈參數(shù)是保證扣漏磁方法有效的重要前提.上世紀(jì)九十年代末, Claassen等[28]給出線圈設(shè)計(jì)上的兩條指導(dǎo)性原則: 第一, 為了減小漏磁并提高信號強(qiáng)度, 線圈間距應(yīng)當(dāng)盡可能小;第二, 盡可能減小線圈的高度.經(jīng)過綜合考慮, 我們確定線圈間距h為0.9 mm, 線圈內(nèi)直徑為0.5 mm,外直徑為1.3 mm, 高度為1.6 mm, 共300匝.下面利用文獻(xiàn)[30]中的數(shù)值方法驗(yàn)證線圈參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性.

為方便計(jì)算, 考慮一厚度d = 100 nm、半徑為R、穿透深度λ = 150 nm 的圓形超導(dǎo)薄膜.利用矩陣法[30]對積分方程(2)進(jìn)行求解, 并計(jì)算出該系統(tǒng)的互感系數(shù)Msample(R), 如圖2(a)中的紅色曲線所示.取λ = 0, 就得到了該薄膜的漏磁M1(R), 如圖2(a)中的藍(lán)色曲線所示.若(4)式成立, Msample(R)?M1(R) 等于無限大尺寸薄膜的互感系數(shù), 應(yīng)是一個不隨薄膜半徑變化的常數(shù).我們的計(jì)算結(jié)果的確與之相符, 如圖2(a)中的黑色曲線所示.此外, 為了模擬實(shí)際的數(shù)據(jù)處理過程, 我們將Msample(R)及M1(R)代入(7)式, 反解出穿透深度計(jì)算值λcal(R).圖2(b)中的黑色曲線是利用本文裝置的實(shí)際測量值h = 0.9 mm計(jì)算得到的λcal(R)曲線, 在R = 2.5?5 mm范圍內(nèi)均與實(shí)際穿透深度150 nm(圖2(b)中的虛線)十分接近.作為對比, 圖2(b)也給出了將線圈間距擴(kuò)大為原來的5倍(h = 4.5 mm)和10倍(h = 9 mm)后計(jì)算得到的λcal(R)曲線, 兩種情況均在樣品半徑較小時明顯偏離穿透深度實(shí)際值.這是由于當(dāng)線圈間距較大時, 樣品邊緣處的屏蔽電流對互感系數(shù)的貢獻(xiàn)不可忽略, 此時互感系數(shù)Msample不再能簡單地分解為M∞與M1之和[29].總之, 圖2中的數(shù)值計(jì)算結(jié)果均表明本文裝置線圈參數(shù)的選擇是合理的.

圖1 (a)雙線圈互感裝置示意圖; (b)等效電路圖Fig.1.Schematic illustration (a) and equivalent circuit (b) of the two?coil mutual inductance apparatus.

圖2 (a) d = 100 nm, λ = 150 nm的超導(dǎo)薄膜的互感系數(shù)隨薄膜半徑R的變化曲線; (b)基于不同的線圈間距(h =0.9, 4.5, 9.0 mm) 得到的穿透深度計(jì)算值隨薄膜半徑R的變化曲線, 虛線代表實(shí)際穿透深度λ = 150 nmFig.2.(a) The mutual inductance as a function of film radii R calculated for the typical superconducting film with d =100 nm, λ = 150 nm; (b) calculations of penetration depth λcal vs film radii R for different spacings between two coils(h = 0.9, 4.5, 9.0 mm).The real penetration depth (λ =150 nm) is indicated by the dotted line.

3.3 系統(tǒng)校驗(yàn)及誤差分析

圖3(a)給出兩次測量同一鈮膜得到的感生電壓?溫度曲線Vx,1(T)及Vx,2(T).鈮膜使用磁控濺射方法生長, 厚度為 350 nm, 襯底為 5 × 5 ×0.5 mm3MgO單晶.結(jié)果顯示Vx的重復(fù)率達(dá)到96%以上.由于鈮膜的厚度遠(yuǎn)大于其穿透深度(約40 nm), 因此可以認(rèn)為此時感生電壓的實(shí)部Vx(T ≈4.5 K)就是系統(tǒng)的漏磁[32].經(jīng)過多次重復(fù)測量, 得到系統(tǒng)漏磁 M1= 7.32 ± 0.05 nH, 其平均值=7.32nH, 僅占正常態(tài)互感的 1.01%, 誤差ΔM1= 0.05 nH, 僅占平均值的 0.68%, 主要來自于鈮膜與線圈相對位置的變化及儀表的噪聲.為了進(jìn)一步驗(yàn)證所測漏磁的可靠性, 我們還多次測量了尺寸相同而厚度為0.22 mm的鈮箔的低溫互感實(shí)部, 與鈮膜給出的漏磁值僅相差1.8%.

圖3 (a)兩次測量同一片鈮膜得到的感生電壓Vx,1(T)及Vx,2(T); (b)鈮膜的感生電壓V(T = 4.5 K)隨頻率的依賴關(guān)系Fig.3.(a) The induced voltage data Vx,1(T) and Vx,2(T)taken from the same Nb film with sample remounted;(b) the frequency dependence of induced voltage V(T =4.5 K) for the Nb film.

保持樣品溫度T = 4.5 K、電流幅值Id=0.2 mA不變, 通過改變驅(qū)動電流的頻率得到圖3(b)所示的 V (T=4.5K)-f 曲線.可以看出, Vx與f滿足嚴(yán)格的正比關(guān)系, 這意味著: 第一, 金屬渦流對測量幾乎沒有影響; 第二, 未激發(fā)出明顯的線圈自諧振模式[28].此外, 電壓虛部(圖3(b)中的紅色曲線)Vy≈ 0, 這與理論一致[37].因此可以在1—100 kHz內(nèi)選擇驅(qū)動頻率.綜合考慮信號強(qiáng)度及鎖相放大器的量程, 我們選定驅(qū)動線圈電流的參數(shù)為Id= 0.2 mA, f = 50 kHz.經(jīng)估算, 該電流在薄膜中心激發(fā)的磁場強(qiáng)度約為76 mGs, 小于大部分超導(dǎo)體的下臨界磁場, 因此也可以排除磁通對測量結(jié)果的影響.

下面分析該裝置測量穿透深度的誤差.為方便定量計(jì)算, 首先對(7)式進(jìn)行改寫.考慮一尺寸為5 × 5 mm2, d = 100 nm, λ = 150 nm 的典型薄膜樣品, 由于我們的線圈間距h = 0.9 mm, 顯然滿足λ2? hd, 在該情況下, (7)式可以很好地近似為[28,29]:

4 NbN薄膜的磁場穿透深度測量

為了檢驗(yàn)裝置的精度, 我們測量了研究較多的s波BCS超導(dǎo)體NbN.NbN超薄膜使用磁控濺射方法生長, 厚度為 6.5 ± 0.2 nm, 襯底為 5 × 5 ×0.5 mm3MgO單晶.圖4(a)給出了NbN薄膜的感生電壓?溫度曲線.可以看出, 當(dāng)樣品進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)時, 感生電壓實(shí)部Vx迅速下降, 這反映了薄膜的抗磁性; 感生電壓虛部Vy則呈現(xiàn)峰狀, 其展寬能夠反映樣品的均勻性.我們利用前述方法得到了樣品的穿透深度?溫度曲線λ(T), 如圖4(b)中的黑色圓圈所示, 可以發(fā)現(xiàn)低溫段的λ(T)十分平緩, 這意味著材料的超導(dǎo)能隙沒有節(jié)點(diǎn).圖4(b)中的其他數(shù)據(jù)來自同批生長的另外3片NbN薄膜, 結(jié)果非常接近.

圖4 NbN薄膜(NbN#1, NbN#2, NbN#3, NbN#4)的雙線圈互感測量結(jié)果 (a) NbN#1樣品的感生電壓曲線Vx(T)及Vy(T);(b)四個樣品的穿透深度隨溫度變化曲線λ(T); (c) NbN#1樣品的超流密度?溫度曲線 λ -2(T)∝ ns(T) , 黑色實(shí)線是臟極限BCS理論的擬合結(jié)果; (d)四塊樣品的穿透深度零溫外延值λ (T → 0)與Tc的關(guān)系, 符合文獻(xiàn)報道趨勢[38], 誤差棒的長度小于數(shù)據(jù)點(diǎn)的標(biāo)記尺寸Fig.4.Two?coil mutual inductance measurement results of NbN films (NbN#1, NbN#2, NbN#3, NbN#4): (a) Temperature de?pendence of induced voltage Vx(T) and Vy(T) for NbN#1; (b) temperature?dependent penetration depth λ(T) of four NbN films;(c) temperature variation in superfluid density λ -2(T)∝ ns(T) for NbN#1.The black line shows the dirty s?wave BCS theory fit to the data; (d) the value of λ (T → 0) for four NbN films, which shows a good agreement with the published value[38].The length of error bar is shorter than the symbol size.

圖4(c)給出了 NbN#1樣品的超流密度λ?2(T), 其中黑色實(shí)線是BCS理論給出的臟極限s波超導(dǎo)體的超流密度[39]:

數(shù)據(jù)擬合給出 2Δ(0)/(kBTc) ≈ 4.3, 與文獻(xiàn)[38]中報道的數(shù)值(約4.2)非常接近.該數(shù)值略大于BCS理論值3.53, 意味著材料處于強(qiáng)電?聲子耦合.值得注意的是, 當(dāng) T ＞ Tp≈ 13.2 K時,λ—2(T) 出現(xiàn)突然下降.這種偏離BCS理論的行為在文獻(xiàn)[38]中也有報道, 其或起源于Tc附近發(fā)生的 Berezinski?Kosterlitz?Thouless (BKT)相變[40].根據(jù)BKT理論, 2D超導(dǎo)體中渦旋?反渦旋束縛對會被相位漲落效應(yīng)拆散, 自由渦旋的擴(kuò)散將使λ—2(T)迅速下降[41].

我們進(jìn)一步外延得到了材料的零溫穿透深度值λ(T→0).四片NbN薄膜的零溫穿透深度值介于322—329 nm之間, 與文獻(xiàn)[39]報道的λ(T →0)?Tc關(guān)系符合(見圖4(d)).

5 總結(jié)與展望

本文對雙線圈互感技術(shù)的測量原理進(jìn)行了系統(tǒng)闡述.針對制約測量精度的兩個因素, 自主設(shè)計(jì)并搭建了一套高精度的雙線圈互感測量裝置.信號重復(fù)性高達(dá)96%.計(jì)算表明, 裝置設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理方法上的改進(jìn)使典型超導(dǎo)薄膜的穿透深度測量精度優(yōu)于10%, 接近或好于國際同行水平[30].更加重要的是, 該裝置在NbN超薄膜上的穿透深度測量結(jié)果與文獻(xiàn)報道結(jié)果十分一致, 進(jìn)一步表明該裝置準(zhǔn)確可靠.

近年來, 將離子液體調(diào)控技術(shù)與雙線圈互感測量相結(jié)合已經(jīng)成為提取ρs0(Tc)標(biāo)度律[27]及揭示調(diào)控內(nèi)在過程的一種高效手段[42].此外, 雙線圈互感技術(shù)也被逐步應(yīng)用于相干長度測量[43,44]、臨界電流測量[45]、原位抗磁性探測[36,46?48]、磁通釘扎[49]、界面鐵電性[50]、界面超導(dǎo)電性[51]、超導(dǎo)匹配效應(yīng)[52]等領(lǐng)域的研究中, 有望在今后的超導(dǎo)基礎(chǔ)物理研究中發(fā)揮更大的作用.

感謝西湖大學(xué)吳頡研究員關(guān)于雙線圈互感技術(shù)的討論與指導(dǎo).感謝陳其宏研究員及陳欣甜、涂思佳、趙展藝等在文章寫作上的討論與幫助.