Fabrication and characterization of YB 2 Cu 3 O 7– δ step-edge Josephson junctions on MgO substrate for high-temperature superconducting quantum interference devices

MgO衬底上的YBa2Cu3O7–δ (YBCO)台阶边沿型约瑟夫森结(台阶结)在高灵敏度高温超导量子干涉器(superconducting quantum interference device, SQUID)等超导器件研制方面具有重要的应用价值和前景. 本文对此类YBCO台阶结的制备和特性进行了研究. 首先利用离子束刻蚀技术和两步刻蚀法在MgO (100)衬底上制备陡度合适、边沿整齐的台阶, 然后利用脉冲激光沉积法在衬底上生长YBCO超导薄膜, 进而利用紫外光刻制备出YBCO台阶结. 在结样品的电阻-温度转变曲线中, 观测到低于超导转变温度时的电阻拖尾现象, 与约瑟夫森结的热激活相位滑移理论一致. 伏安特性曲线测量表明结的行为符合电阻分路结模型, 在超导转变温度TC附近结的约瑟夫森临界电流密度JC随温度T呈现出 \begin{document}$ (T_{\rm C}-T)^2 $\end{document} 的变化规律, 77 K时JC值为1.4 × 105 A/cm2. 利用制备的台阶结, 初步制备了YBCO射频高温超导SQUID, 器件测试观察到良好的三角波电压调制曲线, 温度77 K、频率1 kHz时的磁通噪声为250 \begin{document}$\text{μ}\Phi_0/{\rm Hz}^{1/2}$\end{document} . 本文结果为进一步利用MgO衬底YBCO台阶结研制高性能的高温超导SQUID等超导器件奠定了基础.