СЛАБАЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

СЛАБАЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ
СЛАБАЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ
- совокупность явлений, происходящихв слабосвязанных сверхпроводящих системах (неоднородных сверхпроводящихструктурах), содержащих узкие (в направлении протекания тока) области либообласти, у к-рых сверхпроводимость отсутствует или сильно подавлена. Термин«С. с.» введён Ф. Андерсоном (Ph. Anderson, 1964), т. к. критическийток и критическое магнитное поле в слабосвязанных сверхпроводникахзначительно меньше, чем в обычных. С. с. наблюдается в туннельных контактах[два сверхпроводника разделены тонкой 8043-23.jpgдиэлектрич. прослойкой], контактах с прослойкой из нормального (несверхпроводящего)металла и полупроводника, сверхпроводящих мостиках с сужением, точечныхконтактах, гранулиров. сверхпроводниках, состоящих из большого числа джозефсоновскихконтактов (рис. 1).
8043-24.jpg

Рис. 1. Слабосвязанные сверхпроводники различных типов: а - туннельныйджозефсоновский контакт; б - точечный контакт; в - тонкоплёночный мостик;г - мостик переменной толщины; д - плёнка из сверхпроводника с узкой полоскойнормального металла; е - две близко расположенные плёнки, нанесённые наплёнку из нормального металла или из сильнолегарованного полупроводника.

Впервые С. с. наблюдали в туннельных контактах. В таких структурах электронымогут проходить через диэлектрич. барьер (см. Туннельный эффект), чтоприводит к возникновению одночастичного туннельного тока (одночастичноетуннелирование). Резкие изменения одночастичного тока, связанные с особенностямив плотности состояний сверхпроводников, проявляются на вольт-амперной характеристике(ВАХ) при напряжениях на контакте 8043-25.jpgи 8043-26.jpg где 8043-27.jpg -значения сверхпроводящих щелей двух разл. сверхпроводников, образующихконтакт (рис. 2).
8043-28.jpg

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика туннельного контакта в случаеодночастичного тока.

Наиб. интерес в С. с. представляет открытое Б. Джозефсоном (В. Josephson)в 1962 протекание слабого тока без падения напряжения в туннельных контактах(сверхпроводящий ток куперовских пар, стационарный Джозефсона эффект). Макс. ток, к-рый может проходить через туннельный контакт, когда напряжениена нём V = 0, наз. критич. током контакта I С. Полныйток через контакт 8043-29.jpg, где 8043-30.jpg -джозефсоновская фаза. Если к контакту прикладывается напряжение 8043-31.jpgто ток куперовских пар становится переменным и осциллирует с частотой w,связанной с напряжением V соотношением Джозефсона 8043-32.jpg (нестационарный эффект Джозефсона). Такой перем. ток приводит либо к генерацииизлучения из контакта, либо к появлению ступенек на ВАХ при облучении джозефсоновскогоконтакта СВЧ-излучением.

Необычно происходит изменение критич. тока туннельного контакта IC при приложении магн. поля Н. Если ширина контакта L мала 8043-33.jpgпо сравнению с джозефсоновской глубиной проникновения 8043-34.jpg8043-35.jpg,где jC- плотность критич. тока; d - толщина области, <в к-рую проникает магн. поле; Ф 0 - квант магнитногопотока], то поле Н проникает в область контакта однородно, азависимость критич. тока от приложенного магн. поля описывается ф-цией, <характерной для фраунгоферовой дифракц. картины:
8043-36.jpg

где 8043-37.jpgЕсли напряжение отлично от нуля, то в присутствии магн. поля в контактемогут распространяться волны плотности тока, скорость к-рых v=cV/Hd. Эти волны наблюдаются по ступеням на ВАХ [ступени Фиске (М. Fiske,1964)] (рис. 3). Если ширина контакта 8043-38.jpg, то магн. поле проникает в туннельный контакт неоднородно в виде джозефсоновскихвихрей (нитей магн. потока, магн. поле в к-рых экспоненциально спадаетна длине 8043-39.jpg).Джозефсоновские вихри могут перемещаться вдоль контакта под действием тока.

На С. с. (из-за малости критич. параметров) сильно влияют флуктуации, <к-рые приводят к двум эффектам. Случайные изменения вдоль плоскости контактаджозефсоновской фазы или плотности критич. тока, связанные с локальныминеоднородностями туннельного контакта (структурные флуктуации), приводятк искажению фраунгоферовой зависимости критич. тока от магн. поля. С др. <стороны, на контакте может возникнуть разность потенциалов при токе, меньшемкритического, связанная со случайным изменением джозефсоновской фазы вовремени. Вероятность таких скачков фазы возрастает с увеличением темп-ры, <но при низких темп-pax возможно макроскопич. квантовое туннелирование (существуетненулевая вероятность изменения джозефсоновской фазы со временем при 8043-40.jpg).

Рассмотренные эффекты могут проявляться во всех слабосвязанных системах. <Кроме того, в нек-рых структурах возникают и др. явления. Так, для контактовс прослойкой из нормального металла возможна несинусоидальная зависимостьджозефсоновского тока I от 8043-41.jpg.

В структурах с непосредств. сверхпроводимостью (рис. 1,б - г), в отличиеот обычного туннельного контакта, малость джозефсоновского тока определяетсяне слабой проницаемостью диэлектрич. барьера (для куперовских пар), а возрастаниемплотности тока в области слабой связи (рис. 1,б - г )либо нарушениемкорреляции электронов в нормальном металле (рис. 1, д, е). В такихструктурах наблюдается неравновесная С. с., обусловленная изменением ф-циираспределения электронов по энергиям. Это приводит к возрастанию критич. <тока слабосвязанных систем в СВЧ-поле и к избыточному току при большихнапряжениях (ВАХ системы отличается от закона Ома,8043-42.jpg, где I ех - избыточный ток, R - сопротивлениеконтакта в нормальном состоянии). В контактах с полупроводниковой прослойкойвозможно изменение критич. параметров, связанных с изменением туннельнойпрозрачности барьера. На прозрачность барьера сильно влияет концентрациясвободных носителей заряда в полупроводнике, к-рую можно изменять как введениемпримесей, так и с помощью освещения образца. Кроме того, критич. ток IC может возрастать из-за прохождения куперовских пар по «флуктуац. каналам»- областям с локально пониженным потенц. барьером, а также из-за резонансноготуннелирования (резкое возрастание прозрачности барьера при прохождениикуперовских пар по цепочкам периодически расположенных локализов. центров).
8043-43.jpg

Рис. 3. Типичная картина ступеней Фиске контакта Sn - SnOx- Sn при наличии магнитного поля.

Разнообразие эффектов позволяет использовать С. с. как для физ. исследований(определение сверхпроводящей щели по ВАХ одночастичного тока, исследованиенеоднородностей и т. <д.), так и для практич. применений (сверхпроводящиеприёмники излучения, сквиды и т. д.).

Лит.: Асламазов Л. Г., Г у б а н к о в В. Н., Слабая сверхпроводимость, <М., 1982; Бароне А., П а т е р н о Д., Эффект Джозефсона: физика и применения, <пер. с англ., М., 1984; Лихарев К. К., Введение в динамику джозефсоновскихпереходов, М., 1985. М. В. Фистулъ.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "СЛАБАЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ" в других словарях:

  • слабая сверхпроводимость — Явления туннелирования электронов (или протекания тока) через сверхпроводящие образцы малых размеров …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ — свойство мн. проводников, состоящее в том, что их электрич. сопротивление скачком падает до нуля при охлаждении ниже определённой критич. темп ры Тк, характерной для данного материала. С. обнаружена у более чем 25 металлич. элементов, у большого… …   Физическая энциклопедия

  • Физико-технический институт низких температур имени Б.И. Веркина НАН Украины — Физико технический институт низких температур имени Б. И. Веркина НАН Украины (ФТИНТ НАНУ) …   Википедия

  • Физико-технический институт низких температур имени Б. И. Веркина НАН Украины — (ФТИНТ НАНУ) …   Википедия

  • КВАНТОВАЯ МЕТРОЛОГИЯ — наука об измерениях, базирующихся на квантовых явлениях. Осн. проблема К. м. установление т. н. естеств. системы единиц физ. величин на основе фундам. констант [1, 2]. Гл. направления в К. м.: разработка и реализация квантовых эталонов (КЭ);… …   Физическая энциклопедия

  • СКВИД — [от англ. Superconducting Quantum Interference Device сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство; сверхпроводящийквантовый интерферометр (магнитометр)] высокочувствит. устройство дляпреобразования магн. потока в электрич. сигнал пост …   Физическая энциклопедия

  • Андерсон Филип — (р. 1923), американский физик. Труды по физике твердого тела, магнетизму, сверхпроводимости, квантовой химии, ядерной физике. Один из создателей теории неупорядоченных систем. Нобелевская премия (1977, совместно с Дж. Ван Флеком и Н. Моттом). * * …   Энциклопедический словарь

  • Твёрдое тело —         одно из четырёх агрегатных состояний вещества, отличающееся от др. агрегатных состояний (жидкости (См. Жидкость), Газов, плазмы (См. Плазма)) стабильностью формы и характером теплового движения атомов, совершающих малые колебания около… …   Большая советская энциклопедия

  • Свинец — (Lead) Металл свинец, физические и химические свойства, реакции с другими элементами Информация о металле свинец, физические и химические свойства металла, температура плавления Содержание Содержание Происхождение названия Физические свойства… …   Энциклопедия инвестора

  • Полупроводники —         широкий класс веществ, характеризующихся значениями электропроводности σ, промежуточными между электропроводностью металлов (См. Металлы) (σ Полупроводники 106 104 ом 1 см 1) и хороших диэлектриков (См. Диэлектрики) (σ ≤ 10 10 10 12 ом… …   Большая советская энциклопедия

Книги



Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»