Эффект Джосефсона

В 1962 году английский физик-теоретик Джозефсон (1940 года рождения) предсказал эффект, открывший новые возможности для высокоточных физических измерений.

Сущность этого эффекта заключается в явлениях, сопровождающих протекание сверхпроводящего тока (через контакт Джозефсона) через тонкий слой (~1 нм) диэлектрика, разделяющего два сверхпроводника (рис. 10.12). Тонкий слой может быть выполнен также из полупроводника.

Энергия двух куперовских пар по обе стороны перехода отличается на величину

, (10.40)

где 2е - заряд пары.

Именно такую энергию получит пара от источника при переходе через слой диэлектрика, которая является избыточной по отношению к энергии основного состояния сверхпроводника. Возвращаясь в основное состояние, электронная пара излучает квант энергии – фотон частотой ν.

Полученная парой порция энергии излучается в виде кванта

. (10.41)

где h= 6,625∙10^-34 Дж∙с – постоянная Планка.

Из уравнения (10.41) имеем

. (10.42)

При U = 1 мB частота переменного тока равна 4,85×10¹¹ Гц (λ = 3,9мм).

Различают два типа эффекта Джозефсона – стационарный и нестационапный. Стационарный эффект наблюдается при условии, что ток через контакт не превышает некоторого критического значения. При стационарном эффекте падение напряжения на контакте отсутствует. Прохождение электронов проводимости через контакт осуществляется за счет туннельного эффекта.

Если ток через контакт превышает критическое значение, наблюдается нестационарный эффект. В этом случае на контакте возникает падение напряжения U и контакт начинает излучать электромагнитные волны частотой ν

Эффект Джозефсона используют в сверхпроводящих интерферометрах, содержащих два параллельных контакта Джозефсона. При этом сверхпроводящие токи, проходящие через контакт могут интерферировать. Критический ток для такого соединения очень сильно зависит от напряженности магнитного поля, что позволяет использовать устройство для очень точного измерения магнитных полей.

Используя нестационарный эффект Джозефсона, можно с большой точностью измерять электрическое напряжение и силу тока.

Контакты Джозефсона используют для воспроизведения с наивысшей точностью эталона напряжения 1 В.

Среднее квадратичное отклонение эталона составляет 5×10^-8.

При изучении эффекта Джозефсона были сформированы основы нанотехнологий по следующим направлениям:

1. Измерение малых токов (до 10^-10 А);

2. Измерение малых напряжений (до 10^-15 В);

3. Измерение индукции магнитных полей (до 10^-18 Тл);

4. Прецизионное измерение постоянной h/e:

h/e = (4,135725±0,000026)∙10^-15 Дж∙с/Кл

Классификация нанокластеров и наноструктур (по И.П.Суздалеву)

Дата добавления: 2014-01-05