Джозефсона эффект

Джозефсона эффект

Эффект Джозефсона — явление протекания сверхпроводящего тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника. Такой ток называют джозефсоновским током, а такое соединение сверхпроводников — джозефсоновским контактом. В первоначальной работе Джозефсона предполагалось, что толщина диэлектрического слоя много меньше длины сверхпроводящей когерентности, но последующие исследования показали, что эффект сохраняется в гораздо более широком классе контактов.

Содержание

История

Целый букет эффектов Джозефсона был предсказан английским физиком Б. Джозефсоном в 1962 году на основе теории сверхпроводимости Бардина — Купера — Шриффера. Экспериментально эффект был обнаружен американскими физиками П. Андерсоном и Дж. Роуэллом в 1963 году.

В 1932 году немецкие физики В. Мейсснер и Р. Хольм показали, что сопротивление небольшого контакта между двумя металлами исчезает, когда оба металла переходят в сверхпроводящее состояние. Выходит, что один из эффектов Джозефсона наблюдался за тридцать лет до его предсказания.

Описание эффекта

Различают стационарный и нестационарный эффекты Джозефсона.

Стационарный эффект

При пропускании через контакт тока, величина которого не превышает критическую, падение напряжения на контакте отсутствует (несмотря на наличие слоя диэлектрика). Эффект этот вызван тем, что электроны проводимости проходят через диэлектрик без сопротивления за счёт туннельного эффекта.

Нестационарный эффект

При пропускании через контакт тока, величина которого превышает критическую, на контакте возникает падение напряжения U, и контакт при этом начинает излучать электромагнитные волны. При этом частота такого излучения определяется как \nu = \frac{2eU}{h}, где eзаряд электрона, hпостоянная Планка.

Возникновение излучения связано с тем, что объединённые в пары электроны, создающие сверхпроводящий ток, при переходе через контакт приобретают избыточную по отношению к основному состоянию сверхпроводника энергию 2eU. Единственная возможность для пары электронов вернуться в основное состояние — это излучить квант электромагнитной энергии hν = 2eU.

Применение эффекта

Используя нестационарный эффект Джозефсона, можно измерять напряжение с очень высокой точностью.

Эффект Джозефсона используется в сверхпроводящих интерферометрах, содержащих два параллельных контакта Джозефсона. При этом сверхпроводящие токи, проходящие через контакт могут интерферировать. Оказывается, что критический ток для такого соединения чрезвычайно зависит от внешнего магнитного поля, что позволяет использовать устройство для очень точного измерения магнитных полей (МЭМС Гироскопы).

Если в переходе Джозефсона поддерживать постоянное напряжение, то в переходе возникнут высокочастотные колебания. Этот эффект, называемый джозефсоновской генерацией, впервые наблюдали И. К. Янсон, В. М. Свистунов и И. Д. Дмитренко. Возможен, конечно, и обратный процесс — джозефсоновское поглощение. Таким образом, джозефсоновский контакт можно использовать как генератор электромагнитных волн или как приёмник (эти генераторы и приёмники могут работать в диапазонах частот, не достижимых другими методами).

В длинном джозефсоновском переходе (ДДП) вдоль перехода, может двигаться солитон, перенося квант магнитного потока. Существуют и многосолитонные состояния, переносящие целое число квантов потока. Их движения описываются нелинейным уравнением синус-Гордона. Такой джозефсоновский солитон подобен солитону Френкеля (число квантов потока, сохраняется). Если изолирующий слой сделать неоднородным, то солитоны будут «цепляться» за неоднородности, и чтобы сдвинуть их, придётся приложить достаточно большое внешнее напряжение. Таким образом, солитоны можно накапливать и пересылать вдоль перехода: естественно было бы попытаться использовать их для записи и передачи информации в системе большого числа связанных между собой ДДП (квантовый компьютер).

В конце 80-х годов в Японии был создан экспериментальный процессор на эффекте Джозефсона. 4-х разрядное АЛУ не делало его не имеющим практического применение, но в качестве научного исследования было серьезным экспериментом, открывающим перспективы на будущее.

Ссылки

Эффект Джозефсона — статья из Большой советской энциклопедии


Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Нужен реферат?

Полезное


Смотреть что такое "Джозефсона эффект" в других словарях:

  • ДЖОЗЕФСОНА ЭФФЕКТ — протекание сверхпроводящего тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника (т. н. контакт Джозефсона); предсказан на основе теории сверхпроводимости англ. физиком Б. Джозефсоном (В. Josephson) (1962, Нобелевская премия… …   Физическая энциклопедия

  • ДЖОЗЕФСОНА ЭФФЕКТ — ДЖОЗЕФСОНА ЭФФЕКТ, протекание тока через тонкий ( 1нм) слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника (контакт Джозефсона; смотри Сверхпроводимость). Предсказан английским физиком Б. Джозефсоном (1962). Джозефсона эффект принадлежит к числу… …   Современная энциклопедия

  • Джозефсона эффект — ДЖОЗЕФСОНА ЭФФЕКТ, протекание тока через тонкий ( 1нм) слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника (контакт Джозефсона; смотри Сверхпроводимость). Предсказан английским физиком Б. Джозефсоном (1962). Джозефсона эффект принадлежит к числу… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • ДЖОЗЕФСОНА ЭФФЕКТ — протекание сверхпроводящего тока через тонкий ( 10 Е) слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника (т. н. контакт Джозефсона). эффект предсказан Б. Джозефсоном (1962). На его основе создан сверхпроводящий квантовый интерферометр (сквид), с… …   Большой Энциклопедический словарь

  • Джозефсона эффект — протекание сверхпроводящего тока через тонкий (Джозефсона эффект10Å) слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника (так называемый контакт Джозефсона). Эффект предсказан Б. Джозефсоном (1962). На его основе создан сверхпроводящий квантовый… …   Энциклопедический словарь

  • Джозефсона эффект —         протекание сверхпроводящего тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника (так называемый контакт Джозефсона); предсказан на основе теории сверхпроводимости (См. Сверхпроводимость) английским физиком Б. Джозефсоном в …   Большая советская энциклопедия

  • ДЖОЗЕФСОНА ЭФФЕКТ — протекание сверхпроводящего тока через тонкий ( 10 А) слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника (т.н. контакт Джозефсона). Эффект предсказан Б. Джозефсопом (1962). На его основе создан сверхпроводящий квантовый интерферометр (сквид), с… …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • ДЖОЗЕФСОНА ЭФФЕКТ — [по имени англ. физика Б. Джозефсона (В. Josephson; p. 1940)] протекание сверхпроводящего тока через тонкий ( 10 9 м) слой изолятора, разделяющий два сверхпроводника (т. н. контакт Джозефсона). Если сила тока I через контакт не превышает критич.… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • эффект Джозефсона — Термин эффект Джозефсона Термин на английском Josephson effect Синонимы Аббревиатуры Связанные термины туннелирование, сверхпроводимость Определение эффект протекания сверхпроводящего тока через тонкую изолирующую или несверхпроводящую прослойку… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • Эффект Джозефсона — Эффект Джозефсона  явление протекания сверхпроводящего тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника. Такой ток называют джозефсоновским током, а такое соединение сверхпроводников  джозефсоновским контактом. В… …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

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