[發明專利]一種超導量子干涉儀教學虛擬實驗平臺

有效

• 申請號: 202110990481.5
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113705050B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 劉哲;劉志威;蔣丹;畢聰智;姜海麗
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/13;G06F8/34;G09B9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種超導量子干涉儀教學虛擬實驗平臺，由LabVIEW搭建，包括樣品模塊、面板模塊和SQUID模塊，樣品模塊提供勵磁電流參數、環境溫度參數、環境磁場參數，提供樣品損傷圖樣集；面板模塊用于調節勵磁電流參數、環境溫度參數、環境磁場參數，并且顯示干路電流、極值數和磁感應強度；SQUID模塊包括直流電路模塊、約瑟夫森結、超導回路、敏感電流計，利用所述平臺實現磁滯回線測量實驗、居里溫度點實驗和無損探傷實驗。本發明可以降低實驗成本，提高實驗的可實施性，保證實驗安全性；仿真實驗可以形象地展示儀器工作的微觀過程，讓學生更清楚地了解儀器的機理。

技術領域

本發明屬于大學物理實驗教學用具涉及領域，具體涉及一種超導量子干涉儀教學虛擬實驗平臺，特別是一種基于LabVIEW的超導量子干涉儀教學虛擬實驗平臺。

背景技術

1962年，約瑟夫森預言了超導體中的超電流通過勢壘時的行為，稱為約瑟夫森效應。如圖1所示，當左右兩段超導體被一段很薄的器件(可以是其它超導體、普通導體或絕緣體) 分隔開時，通過器件的電流為

I＝I₀ sinδ

其中分兩種情況，首先是結中流過的電流不超過臨界電流，其結上電壓為零，則左右超導的相位差為常數。這稱作直流約瑟夫森效應。

而若結上電壓不為零，超導兩端的相位差δ隨時間變化，其變化滿足方程

若結上電壓為零，則兩端相位差恒定，這稱作直流約瑟夫森效應。

將兩個約瑟夫森結并聯形成一個超導環，這就是一個SQUID元件，如圖2所示

根據直流約瑟夫森效應，當施加直流電壓，結中電流不超過臨界電流時，左右超導的相位差為定值。且干路流過的電流為

若對環內施加垂直紙面的磁場，根據A-B效應，空間中電子波函數會收到磁矢勢的影響。可以直接得出其相位差和通過環中磁通的關系

可以看到左右超導的相位差和環內磁通成正比，將上式改寫

這里令得知若環內磁通Φ為Φ₀的整數倍時，上下兩電子的波函數相位差為2π的整數倍，此時兩電子相干加強，可以直接把干涉的表達式寫出

其中通過調節超導環的幾何形狀來調節。例如，當時

磁滯回線是鐵磁性物質和亞鐵磁性物質特有的現象，因為此類物質的固有磁矩較強，微粒間產生了較強的相互作用，形成了長程有序的結構。我們稱這個為自發磁化，物質自發磁化后會形成很多個磁矩方向相同的小區域，這便是磁疇結構。相較于順磁性和逆磁性的小相對磁化率、線性磁化，鐵磁性物質的相對磁化率大，為非線性磁化。把鐵磁質進行周期性磁化，即可觀測到磁滯回線。

J-A模型Jiles和Atherton提出，定量地描述了鐵磁性物質的磁化過程，首先可以將無磁滯的磁化強度M_an寫出

M_an＝M_slangevein(H_e/a)

其中，M_s為飽和磁化強度，H_e為有效磁場強度，a為有效磁疇密度，而有效磁場強度可以被寫成這樣的形式

H_e＝H+αM

這里H是的施加的外場，αM是磁疇內磁矩的相互作用。J-A模型認為磁化強度為可逆磁化強度M_rev和不可逆磁化強度M_irrs的疊加