确定高温超导薄膜中温度依赖的伦敦穿透深度及其对 SQUID 性能的影响

基于高温超导（HTS）薄膜的高灵敏度超导量子干涉器件（SQUID）及其他器件的最优设计需要精确的电感建模。鉴于微型低噪声单级低温制冷器日益广泛的应用，这不仅需要在 77 K 下，而且需要在任意工作温度下明确伦敦穿透深度 $\lambda$。温度会显著影响任何有源超导器件中的所有电感，冷却至 77 K 以下可大幅改善器件性能，然而文献中基本缺失关于 HTS 器件电感及 $\lambda(T)$ 温度依赖性的精确数据。本文报道了在 77 K 下对一组 20 个不同薄膜 YBCO SQUID 的电感测量，其厚度 $t = 220$ 或 113 nm。通过结合实验数据与电感建模，我们发现 77 K 下的平均穿透深度 $\lambda(77) = 391$ nm，且与 $t$ 无关。使用相同方法，我们推导了在低温制冷器上从 50 到 79 K 测量的另外三个 SQUID 的 $\lambda(T)$ 经验表达式。随后，我们利用测得的 $\lambda(77)$ 值及电感提取程序来估算具有大垫圈式拾波环的直接耦合 SQUID 磁强计的电感与有效面积。后者与实验测量值吻合度优于 7%，验证了我们的 $\lambda(77)$ 测量值及电感提取方法。