|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Джозефсона эффект |
 | |
Анимация
0
Описание
Джозефсона эффект, протекание сверхпроводящего тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника (т.н. контакт Джозефсона). Электроны проводимости проходят через диэлектрик (обычно пленку окиси металла толщиной ~ 10А = 10-9 м) благодаря туннельному эффекту. Если ток через контакт Джозефсона не превышает определенного значения, называемого критическим током контакта, то падение напряжения на контакте отсутствует (т.н. стационарный Джозефсона эффект). Если же через контакт пропускать ток, больший критического, то на контакте возникает падение напряжения, и контакт излучает электромагнитные волны (т.н. нестационарный Джозефсона эффект).
Излучать электромагнитные волны может только переменный ток - именно такой ток течет сквозь контакт Джозефсона при постоянном падении напряжения V на контакте. Частота излучения n связана с V соотношением:
n = 2eV/h,
где е - заряд электрона.
Излучение обусловлено тем, что объединенные в пары электроны, т.н. куперовские пары, создающие сверхпроводящий ток, при переходе через контакт приобретают избыточную по отношению к основному состоянию сверхпроводника энергию 2eV. Единственная возможность для пары электронов вернуться в основное состояние - это излучить квант электромагнитной энергии hn = 2eV. Джозефсона эффект указывает на существование в сверхпроводниках электронной упорядоченности - фазовой когерентности.
Куперовские пары (см. Купера эффект) имеют одинаковую фазу j, характеризующую их волновую функцию:
.
Контакту Джозефсона соответствует определенная разность фаз:
j* = j1 - j2,
где j1 и j2 - значения фазы волновой функции для сверхпроводников, разделенных контактом.
Согласно квантовой механики, при наличии разности фаз j* через контакт должен течь ток, плотность которого:
j = j0 sin j*.
Экспериментальное обнаружение этого тока доказывает, что в природе существуют макроскопические явления, непосредственно определяемые фазой волновой функции.
Аналогичный эффект наблюдается, когда сверхпроводники соединены тонкой перемычкой (мостиком или точечным контактом), а также если между ними находится тонкий слой металла в нормальном состоянии или полупроводника. Такие системы вместе с контактами Джозефсона называются слабосвязанными сверхпроводниками.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Джозефсона эффект используется для точного измерения слабых магнитных полей (до 10-18 Тл), малых токов (до 10-10 А) и низких напряжений (до 10-15 В).
На основе Джозефсона эффекта созданы сверхпроводящие интерферометры, содержащие параллельно включенные слабые связи между сверхпроводниками. Результирующий ток, текущий через эти слабые связи:
I = I1·sinj1* + I2·sinj2*,
где j1* и j2* - разности фаз на первом и втором контактах Джозефсона.
Происходит своеобразная интерференция сверхпроводящих токов через слабые связи. При этом критический ток оказывается периодически зависящим от потока внешнего магнитного поля (с периодом, равным кванту потока Ф0), что позволяет использовать такое устройство для чрезвычайно точного измерения слабых магнитных полей (до 10-18 Тл; такие магнитометры называют сквидами), малых токов (до 10-10 А) и напряжений (до 10-15 В).
Слабосвязанные сверхпроводники могут быть также использованы в качестве быстродействующих элементов логических устройств ЭВМ, параметрических преобразователей, чувствительных детекторов СВЧ, усилителей и др. электронных приборов и т.д.
Реализации эффекта
Схема реализации нестационарного эффекта Джозефсона в слабосвязанных сверхпроводниках показана на рис. 1.
Реализация нестационарного эффекта Джозефсона в слабосвязанных сверхпроводниках
Рис. 1
Обозначения:
1 - сверхпроводник;
2 - точечный полупроводниковый контакт;
3 - амперметр (для измерения I);
4 - электромагнитные волны;
5 - измеряемое (подводимое) напряжение.
Литература
1. Физическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1988. - Т.1. - С.602-603.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
