загрузка...
загрузка...
На головну

Стаціонарний і нестаціонарний ефекти Джозефсона і застосування їх в вимірювальної техніки

«== Попередня стаття | наступна стаття ==>

У 1932р Мейснер і Хольм в результаті дослідження провідності тонкого ізолюючого шару між двома сверхпроводниками встановили наявність тунельного ефекту (зникає опір тонкого ізолюючого шару).

У 1962р Брайан Джозефсон (за дорученням Андерсена) теоретично досліджував явище тунелювання в надпровідниках, при цьому отримав основні формули і передбачив ряд ефектів. При описі даних явищ використовується поняття «електронної рідини». Це квантове поняття, амплітуда хвилі обурення в такій рідини залежить від щільності електронів. Наявність різниці фаз хвиль призводить до їх інтерференції. Якщо фази хвиль рівні, то їх амплітуди підсумовуються, а якщо фази зміщені, то сумарна амплітуда зменшується.

при стаціонарному ефекті Джозефсона в ланцюзі, що складається з двох надпровідників, розділених тонким окісним шаром (), Проходить малий постійний струм без втрати напруги на тунельному переході. Величина струму залежить від різниці фаз хвиль, утворених синхронізованими електронними куперовскими парами, т. Е. Від співвідношення щільності носіїв зарядів на кордонах переходу.

Рівняння для струму в ланцюзі переходу при стаціонарному ефекті має вигляд;

. (3.55)

Накладення основний і просочилася хвиль визначає значення сумарної амплітуди щільності носіїв зарядів в контактують надпровідниках. При цьому різниця потенціалів на тунельному переході дорівнює нулю.

при прямому нестационарном ефекті в результаті додатка до тунельного переходу постійної напруги (більше певного рівня) в переході відбувається генерація високочастотних коливань.

при зворотному нестационарном ефекті під дією високочастотного електромагнітного поля на переході генерується постійна ЕРС, яка не залежить від впливу зовнішніх дестабілізуючих факторів.

Для струму в ланцюзі переходу при нестаціонарному ефекті справедливо наступне рівняння:

. (3.56)

Виконані не складні перетворення можна отримати наступні математичні співвідношення:

 (3.57)

, , (3.58)

, (3.59)

де: - Квант енергії;

- ціле число;

D - постійна Джозефсона.

Зі збільшенням частоти зовнішнього НВЧ випромінювання напруга на тунельному переході буде змінюватися поступово.

Мал. 3.20 Залежність напруги на джозефсоновские переході від частоти зовнішнього поля.

Величина генерується при цьому постійної напруги може становити всього кілька мілівольт, але при послідовному з'єднанні великої кількості переходів рівень напруги, що генерується може вимірюватися вже в вольтах. Пристрої даного типу використовуються, наприклад, для створення еталона ЕРС. Вихідна напруга такого еталона не залежить від зовнішніх дестабілізуючих факторів і визначається рівнянням:

, (3.60)

де: N - число переходів, включених послідовно.

Стаціонарний ефект Джозефсона покладено в основу створення високочутливого надпровідного квантового інтерферометричної датчика, так званого СКВИДа.

Мал. 3.21 Структурна схема первинного перетворювача СКВІД.

Під дією вимірюваного магнітного поля відбувається зміна сумарного струму через два паралельно включених джозефсоновских переходу, що реалізують стаціонарний ефект. Величина додаткового зсуву фаз між струмами в галузях контуру функціонально залежить від вимірюваного магнітного поля.

 (3.61)

, (3.62)

, (3.63)

де: - Квант магнітного поля.

Пристрої даного типу використовуються для реєстрації надслабких магнітних полів (в десятки разів слабкіше магнітного поля Землі).

Рівняння ВАХ в спрощеному вигляді можна представити залежністю виду:

. (3.64)

Струм в вимірювальної ланцюга знаходиться в межах 10 мкА, а напруга - в межах 100мкВ (R - опір контакту).

Застосування високотемпературних надпровідників в вимірювальних пристроях дозволить кардинально підвищити метрологічні характеристики вимірювальних пристроїв і відмовитися від необхідності проводити періодичну повірку засобів вимірювальної техніки.

Ефект Джозефсона знайшов застосування для створення переключающих і запам'ятовуючих пристроїв.

Мал. 3.22 Структурна схема перемикає пристрої заснованого на реалізації ефекту Джозефсона.

При протіканні в ланцюзі струму створюється магнітне поле, яке управляє процесом тунелювання зарядів через джозефсонівських перехід. До переваг пристроїв, заснованим на використанні ефекту Джозефсона можна віднести надвисоке швидкодія, низький рівень розсіюється енергії, енергонезалежність зберігання інформації:

. (3.65)

«== Попередня стаття | наступна стаття ==>

Читайте також:

Пояснення понять екситона і поляритону

Сенсорні системи. Органи відчуттів. Фізіологія органів чуття. Функції сенсорних систем. Сенсорне сприйняття. Етапи сенсорного сприйняття. сенсорні системи

Резонатори на ПАР

Графен

Збірка молекул з окремих деталей

Лінійно-цепочечний вуглець. Синтез і аналіз

Глава 11. Макроскопічні квантові ефекти в твердих тілах

Оже-спектроскопія

Приклади створення і область застосування мікро- і нанодатчіков

Порівняльний аналіз аналітичних можливостей різних типів иммуносенсор

Застосування використання MEMS в телекомунікаціях

електромеханічна пам'ять

Повернутися в зміст: фізичні явища

Всі підручники

© om.net.ua