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涡旋态磁通晶格的连续波射频场调控电路结构及调控方法

阅读：521发布：2020-05-08

专利汇可以提供涡旋态磁通晶格的连续波射频场调控电路结构及调控方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种对高温超导材料中涡旋态磁通晶格的连续波射频场调控电路结构以及调节方法，电路结构包括调控电路输入端、调控电路输出端、金属线圈、附加电感、附件内阻、可控电容、固定电阻。金属线圈在电路里可等效成线圈电感和线圈电阻。输入端直接连接波频发生器或者通过电磁耦合形式输入连续波频。输出端连接至外加光谱分析仪，用于对调控电路的输出结果进行观察。本发明中绕制线圈的内部空间与样品体积相接近，保证探测具有较高灵敏度。在保证整个振荡回路无击穿的前提下，增大射频场的功率和持续时间，实现对磁通晶格更有效的调控。本发明有效地对高温超导材料中涡旋态磁通晶格进行调控；同时也能灵敏地观测到磁通晶格的运动的调控效果。，下面是涡旋态磁通晶格的连续波射频场调控电路结构及调控方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种涡旋态磁通晶格的连续波射频场调控电路结构，其特征在于，包括：
调控电路输入端、调控电路输出端、金属线圈、附加电感Lm、附件内阻Rm、可控电容C、固定电阻R，所述金属线圈等效为线圈电感Ls和线圈电阻Rs，
其中所述调控电路输入端的一端与所述线圈电感Ls、所述线圈电阻Rs串联，另一端与所述可控电容C串联连接，所述可调电容C用于调节电路谐振频率，所述线圈电阻Rs以及所述可控电容C各自连接在调控电路输出端的两端；
所述附加电感Lm和附件内阻Rm串联连接，串联连接之后与电路同轴传输线的固定电阻R并联连接并与所述固定电阻R的阻抗匹配；其中附加电感Lm和附件内阻Rm用于调节振荡电路阻抗；
所述调控电路输入端通过外部宽带天线耦合连接在光谱仪的传输端，实现对装有超导材料的线圈施加连续波射频场，通过调节射频信号的功率、持续时间的参数及射频次数来调控高温超导材料中磁通晶格的运动，所述磁通晶格的运动引起线圈电感Ls的变化，而振荡电路的输入、输出信号相位差正比于线圈电感Ls的变化；
所述调控电路输出端的两端分别与所述固定电阻R的两端连接，并将接在光谱仪的接收端，通过光谱仪测量到的输入信号与输出信号的相位差来观测磁通晶格运动的调控效果。
2.根据权利要求1所述的连续波射频场调控电路结构，其特征在于，所述的可控电容的取值范围为10～45pF。
3.根据权利要求1所述的连续波射频场调控电路结构，其特征在于，调控电路输出端的所述固定电阻R的电阻值为50Ω，满足外接电子设备的对接需要。
4.一种涡旋态磁通晶格的连续波射频场调控方法，根据权利要求1-3任一项所述的连续波射频场调控电路结构实现的，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将待测高温超导材料样品放置在金属线绕制的金属线圈中，所述金属线圈接在调控电路中；
S2：调节振荡电路阻抗，使之与电路同轴传输线的固定电阻R的特征阻抗匹配，调节可控电容用于调节电路共振频率；
S3：调控电路输入端可通过外部宽带天线耦合连接在光谱仪的传输端，实现对装有超导材料的线圈施加连续波射频场；
S4：通过调节射频信号的功率、持续时间以及射频次数的参数来调控高温超导材料中磁通晶格的运动，所述磁通晶格的运动引起线圈电感Ls的变化，而振荡电路的输入、输出信号相位差正比于线圈电感Ls的变化；
S5：通过光谱仪测量到的输入信号与输出信号的相位差和强度来观测磁通晶格运动的调控效果。
5.根据权利要求4所述的连续波射频场调控方法，其特征在于，所述射频信号的射频范围为5-1000MHz。

说明书全文

涡旋态磁通晶格的连续波射频场调控电路结构及调控方法

技术领域

[0001] 本发明涉及磁通晶格电子器件技术领域，尤其涉及到一种涡旋态磁通晶格的连续波射频场调控电路结构及调控方法。

背景技术

[0002] 对于传统超导材料，当材料进入超导态时电阻为零。但对于高温超导材料，当外磁场在上、下临界磁场之间时，高温超导材料处于涡旋磁通晶格混合态，电阻并非为零，形成涡旋磁通结构。磁通结构的钉扎和调控影响高温超导材料的磁学和电学性质，对于提高超导临界电流以及超导材料的科技应用等极为重要。传统的调控高温超导材料中磁通晶格运动的方法主要有：电流法、热激活法、自旋回波法等。其中，电流法是在超导材料中施加电流，利用产生的洛伦兹力来驱动磁通晶格运动；热激活法是通过适当地升温，增大热激活能，使得磁通越过钉扎势垒而跳到邻近的势阱中，即从一个钉扎中心移动到另一个钉扎中心，实现磁通晶格运动；自旋回波法是利用核磁共振自旋回波序列脉冲信号，即90°-180°脉冲，与磁通晶格发生相互作用，实现对其运动的调控和观测。

[0003] 电流法需要根据高温超导样品的几何尺寸改变所加电流大小，普适性不高；热激活法难以准确测量高温超导样品的温度，给定量分析带来误差。并且，这两种传统方法在调控完磁通晶格后，都需要借助其他技术手段来测量磁通晶格的状态，从而得以评估调控效果。自旋回波法的不足在于对所加脉冲场也严格限制，需要是90°-180°脉冲，降低了相关脉冲参数的调节空间。

发明内容

[0004] 针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种涡旋态磁通晶格的连续波射频场调控电路结构及调控方法，本发明用于高温超导材料中，通过振荡电路输入对样品线圈施加连续波射频场，并且通过调节射频信号的功率、持续时间等来调控高温超导材料中磁通晶格的运动。本发明能够有效地对高温超导材料中涡旋态磁通晶格进行调控，例如去除钉扎；同时也能灵敏地观测到磁通晶格的运动这一调控效果，连续波射频脉冲场的功率、持续时间等参数灵活可变，更加便于研究磁通晶格调控时的参数优化。

[0005] 为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

[0006] 一种涡旋态磁通晶格的连续波射频场调控电路结构，其特征在于，包括：

[0007] 调控电路输入端、调控电路输出端、金属线圈、附加电感Lm、附件内阻Rm、可控电容C、固定电阻R，所述金属线圈等效为线圈电感Ls和线圈电阻Rs，

[0008] 其中所述调控电路输入端的一端与所述线圈电感Ls、所述线圈电阻Rs串联，另一端与所述可控电容C串联连接，所述可调电容C用于调节电路谐振频率，所述线圈电阻Rs以及所述可控电容C各自连接在调控电路输出端的两端；

[0009] 所述附加电感Lm和附件内阻Rm串联连接，串联连接之后与电路同轴传输线的固定电阻R并联连接并与所述固定电阻R的阻抗匹配；其中附加电感Lm和附件内阻Rm用于调节振荡电路阻抗；

[0010] 所述调控电路输入端通过外部宽带天线耦合连接在光谱仪的传输端，实现对装有超导材料的线圈施加连续波射频场，通过调节射频信号的功率、持续时间的参数及射频次数来调控高温超导材料中磁通晶格的运动，所述磁通晶格的运动引起线圈电感Ls的变化，而振荡电路的输入、输出信号相位差正比于线圈电感Ls的变化；

[0011] 所述调控电路输出端的两端分别与所述固定电阻R的两端连接，并将接在光谱仪的接收端，通过光谱仪测量到的输入信号与输出信号的相位差来观测磁通晶格运动的调控效果。

[0012] 优选地，所述的可控电容的取值范围为10～45pF。

[0013] 优选地，调控电路输出端的所述固定电阻R的电阻值为50Ω，满足外接电子设备的对接需要。

[0014] 本发明还提出了一种涡旋态磁通晶格的连续波射频场调控方法，根据上述的连续波射频场调控电路结构实现的，其特征在于，包括如下步骤：

[0015] S1：将待测高温超导材料样品放置在金属线绕制的金属线圈中，所述金属线圈接在调控电路中；

[0016] S2：调节振荡电路阻抗，使之与电路同轴传输线的固定电阻R的特征阻抗匹配，调节可控电容用于调节电路共振频率；

[0017] S3：调控电路输入端可通过外部宽带天线耦合连接在光谱仪的传输端，实现对装有超导材料的线圈施加连续波射频场；

[0018] S4：通过调节射频信号的功率、持续时间以及射频次数的参数来调控高温超导材料中磁通晶格的运动，所述磁通晶格的运动引起线圈电感Ls的变化，而振荡电路的输入、输出信号相位差正比于线圈电感Ls的变化；

[0019] S5：通过光谱仪测量到的输入信号与输出信号的相位差和强度来观测磁通晶格运动的调控效果。

[0020] 优选地，所述射频信号的射频范围为5-1000MHz。

[0021] 本发明与现有技术相比，具有如下优点：

[0022] 1)对样品尺寸大小的要求灵活，样品可大可小。

[0023] 2)使用范围广，样品形态可以是单晶、多晶粉末或液体。

[0024] 3)实验测量操作简便、快捷，灵敏度高。

[0025] 4)使用的无线电波射频频场范围广，可以覆盖5MH–1000MHz,射频信号的功率(强度)、持续时间等参数均可灵活调节。附图说明

[0026] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

[0027] 图1为本发明的连续波射频场调控电路结构示意图。

具体实施方式

[0028] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0029] 如图1所示，本发明的一种涡旋态磁通晶格的连续波射频场调控电路结构，包括：调控电路输入端、调控电路输出端、金属线圈、附加电感Lm、附件内阻Rm、可控电容C、固定电阻R，所述金属线圈等效为线圈电感Ls和线圈电阻Rs，其中调控电路输入端的一端与所述线圈电感Ls、线圈电阻Rs串联，另一端与所述可控电容C串联连接，可调电容C用于调节电路共振频率，线圈电阻Rs以及可控电容C各自连接在调控电路输出端的两端；

[0030] 附加电感Lm和附件内阻Rm串联连接，串联连接之后与电路同轴传输线的固定电阻R并联连接并与所述固定电阻R的阻抗匹配；其中附加电感Lm和附件内阻Rm用于调节振荡电路阻抗；

[0031] 调控电路输入端通过外部宽带天线耦合连接在光谱仪的传输端，实现对装有超导材料的线圈施加连续波射频场，通过调节射频信号的功率、持续时间的参数来调控高温超导材料中磁通晶格的运动，所述磁通晶格的运动引起线圈电感Ls的变化，而振荡电路的输入、输出信号相位差正比于线圈电感Ls的变化；

[0032] 调控电路输出端的两端分别与所述固定电阻R的两端连接，并将接在光谱仪的接收端，通过光谱仪测量到的输入信号与输出信号的相位差来观测磁通晶格运动的调控效果。

[0033] 调控电路的谐振频率和位相变化对于样品涡旋态磁通晶格变化的可观察性，以及对于入射波频场的频率、时间长度和强度等的可控性的反应。

[0034] 根据本发明的优选实施例，本发明的可控电容的取值范围为10～45pF。本发明的固定电阻R的电阻值可以选为50Ω。当然，本领域技术人员可根据实际需要选择适当的参数。

[0035] 本发明还提供了一种涡旋态磁通晶格的连续波射频场调控方法，根据上述的连续波射频场调控电路结构实现的，包括如下步骤：

[0036] S1：将高温超导材料放置在金属线绕制的金属线圈中，所述金属线圈接在震荡电路中；其中金属线可以选择铜线或银线，金属线圈接在如图1所示的振荡电路中；

[0037] S2：调节振荡电路阻抗，使之与电路同轴传输线的固定电阻R的特征阻抗匹配，调节可控电容用于调节电路共振频率；

[0038] S3：调控电路输入端通过外部宽带天线耦合连接在光谱仪的传输端，实现对装有超导材料的线圈施加连续波射频场；

[0039] S4：通过调节射频信号的功率、持续时间的参数来调控高温超导材料中磁通晶格的运动，所述磁通晶格的运动引起线圈电感Ls的变化，而振荡电路的输入、输出信号相位差正比于线圈电感Ls的变化；

[0040] S5：通过光谱仪测量到的输入信号与输出信号的相位差来观测磁通晶格运动的调控效果。

[0041] 本发明的连续波射频场调控方法中的射频信号的射频范围为5-1000MHz。本发明射频信号的频率范围广，即使用普通射频发生器，均可用来实现有效调控。

[0042] 本发明绕制线圈的内部空间与样品体积相接近，保证探测具有较高灵敏度。选取合适的附加电感，使电路阻抗匹配50欧姆传输线阻抗。此外，在保证整个振荡回路无击穿(breakdown)的前提下，增大射频场的功率和持续时间，从而实现对磁通晶格更有效的调控。

[0043] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

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