Джозефсона контакт

В макроскопическом образце сверхпроводника за счет мощного взаимного влияния электронных пар устанавливается одна фаза (см. гл. V, 3). Разрезав сверхпроводник на две части и отодвинув их, например, на 1 мм, можно получить разные фазы, поскольку взаимное влияние их устраняется (размер куперовской пары С 1 мм). Следовательно, цепь разорвана, ток в цепи отсутствует (рис. 212, а). Но если сдвинуть куски сверхпроводника на 10—20 А (расстояние, меньшее о). то между ними возможен обмен в силу обычных волновых свойств электрона. А раз уж электронные пары перекочевывают из одного куска в другой, барьер между ними не должен оказывать электрического сопротивления, т. е. быть сверхпроводящим. Это подметил английский физик Джозефсон (1962 г.). Рассматривая свойства туннельного контакта (рис. 212, б, в) между двумя сверхпроводниками, он пришел к открытию двух следующих эффектов. [c.529]

Сам по себе эффект квантования магнитного потока из-за малости Фо практически может быть обнаружен на сверхпроводниках с очень малыми отверстиями (диаметр кольца около 0,01 мм). Но следствием этого являются эффекты в так называемых слабосвязанных сверхпроводниках. Если два проводника (в нормальном состоянии) разделены слоем изолятора (окисной пленкой одного из проводников толщиной 10 см), то из-за туннельного эффекта электроны переходят из одного металла в другой и между ними устанавливается равновесие,, а при приложении к ним разности потенциалов потечет электрический ток. Если туннельный контакт образуется между двумя сверхпроводниками, то возникают два явления, называемые эффектом Джозефсона. [c.37]

Первое из них (стационарный эффект Джозефсона) состоит в том, что при нулевой разности потенциалов через туннельный контакт может протекать малый сверхпроводящий постоянный ток. Второе (нестационарный эффект Джозефсона) возникает, если к образцу из двух сверхпроводников с туннельным контактом приложить постоянное напряжение и (например, путем изменения внешнего магнитного поля). В этом случае через контакт будет протекать переменный сверхпроводящий ток частотой со = 2е/Ли. Эффект протекания переменного тока, обратим если через туннельный контакт пропустить переменный ток частотой ю,. например путем облучения образца электромагнитным полем с частотой (о, то на контакте возникнет постоянное напряжение и=2е//гы. Погрешность линейности связи между частотой и напряжением равна 10 в экспериментах пока эта линейность оценена значением порядка 10 . [c.37]

Поскольку величина к/е в настоящее время известна с погрешностью около то и размер единицы электрического сопротивления на холловском контакте воспроизводится с такой же погрешностью. Используя совместно эффекты Джозефсона и Холла, возможно получить вечные меры других производных единиц физических величин, связанных между собой различными уравнениями связи. [c.39]

Типичные контакты Джозефсона в отсутствие сверхпроводимости имеют сопротивления порядка нескольких ом. С возникновением сверхпроводящего состояния при достаточно низкой температуре сопротивление исчезает и начинается туннелирование куперовских пар через барьер при нулевом напряжении на приборе. [c.151]

По-видимому, наиболее надежны контакты, изготавливаемые с помощью современных тонкопленочных технологий. Разработаны специальные методы создания контактов Джозефсона путем последовательного напыления сверхпроводящих материалов и разделяющих диэлектрических или полупроводящих пленок. Часто в качестве подложки для таких микросхем используют тонкую пластину из кремния, на которую напыляют также плоские проводники и контакты для соединения с остальной частью датчика, например с объемной тороидальной полостью. Существенную трудность представляет создание надежного контакта между плоской и объемной частями такой гибридной конструкции. Известна, однако, технология, уже используемая при изготовлении коммерческих сквидов, по которой пленки напыляют прямо на изолированную подложку из ниобия. [c.160]

Движение электронов в системе сверхпроводник — джозефсоновский контакт - сверхпроводник описывается комплексной волновой функцией ф для спаренных электронов, несущих сверхпроводящий ток. Фаза этой функции быстро меняется от одного сверхпроводящего берега контакта к другому. Джозефсон показал, что измеряемая в радианах разность фаз в волновой функции на берегах по обе стороны контакта [c.9]

Постоянная интегрирования пь (1.7) должна быть целочисленной 0 1 2,. .. Это можно установить, рассмотрев переход к массивному сверхпроводящему кольцу, чго соответствует резкому увеличению критического тока контакта. Задача о нахождении стационарных состояний такого кольца аналогична задаче квантования электронных орбит в атоме водорода. В результате магнитный поток внутри кольца может принимать только дискретные значения, кратные кванту магнитного потока =h 2e = = 2,07 10" Вб. Эта величина употреблена нами в формулировке нестационарного эффекта Джозефсона (1.2) и формуле (1.7). Из последней видно, чго имеется ряд состояний с нулевой разностью фаз на контакте, а значит, без тока через него. Эти состояния различаются числом квантов потока через кольце. В пределах же одного периода по связь между фазой и магнитным потоком однозначна. Явление это получило название макроскопической квантовой интерференции, хотя здесь и трудно провести наглядную параллель, например с более привычной интерференцией волн на поверхности воды. Название это связано с тем, что первые эксперименты с парой джозефсоновских контактов в сверхпроводящем кольце математически хорошо описывались в терминах интерференции волн от двух когерентных источников [9]. Оно и породило термин сквид для измеряющего магнитное поле прибора в виде сверхпроводящего кольца с одним или двумя джозефсоновскими переходами. [c.11]

Как выяснилось при экспериментальном изучении, эффекты Джозефсона проявляются не только в случае двух сверхпроводников, разделенных слоем изолятора, т.е. туннельного контакта, но и в целом ряде [c.11]

Точечный контакт. Этот тип джозефсоновского контакта появился ранее других, что связано со сравнительно простой технологией его изготовления, доступной многим лабораториям. Точечный контакт образуется при соприкосновении остро заточенного винта (радиус закругления меньше микрона), сделанного из металла, сверхпроводящего при гелиевой температуре, обычно ниобия, с плоской поверхностью из того же материала. Как правило, перед сборкой винт окисляют нагреванием на воздухе (возможно также химическое окисление или быстрое прокаливание в пламени) до образования пленки окисла, придающей металлу характерный желтый или синий цвет. Для получения джозефсоновского точечного контакта острие несколько вдавливается в плоскую поверхность, образуя площадку контакта диаметром около 10 мкм. В результате возникает система, которую трудно отнести к теоретически простым типам, так как она содержит, вероятно, и прямой контакт малого сечения в том месте, где было острие, и аналог туннельной структуры - там, где произошло расплющивание и где металлы разделены слоем окисла. Несмотря на то, что такой точечный контакт отнюдь не похож на тот, который имел в виду Джозефсон, он оказался очень удачным практическим устройством, хорошо описываемым теорией и удобным в работе. На первых порах точечные контакты отличались заметной нестабильностью, что проявлялось в резком изменении их критического тока, а иногда и в полном разрушении контакта при тепловых циклированиях от комнатной температуры до гелиевой. В дальнейшем усовершенствование процедуры настройки контакта, применение аккуратных методик работы и использование защитных ампул позволили создать сквиды с точечными контактами [10], достаточно надежные, чтобы их можно было производить на продажу [И, 12]. Сквиды с точечными контактами изготовлялись во многих лабораториях мира, в том числе в СССР [13-15], и в 70-х годах бьши основным рабочим инструментом в тонких магнитных измерениях. [c.12]

В отсутствие внешнего магнитного поля он ведет себя просто как два параллельно соединенных джозефсоновских контакта ), так что вольт-амперная характеристика имеет вид (1.5), но с удвоенным критическим током (/кр =2/ кр). Наложение магнитного поля приводит к тому, что в кольце сквида наводится экранирующий ток, который на одном контакте складывается с внешним током /, а на другом — вычитается из него (рис. 3). В результате, как следует из анализа с использованием уравнений Джозефсона (1.1) и (1.2), эффективный критический ток сквида как целого оказывается периодически зависящим от внешнего магнитного поля. Критический ток максимален, когда кольцо сквида пронизывается магнитным потоком с целым числом квантов потока т.е. круговой ток в нем равен нулю, а минимален Лер при полуцелом числе квантов потока. Глубина модуляции магнитным полем растет с уменьшением величины i pLo (JLo - индуктивность кольца сквида), достигая половины Лер при [c.15]

Практическое исполнение джозефсоновских контактов в зависимости от их назначения, электрофизических параметров и технических требований, может быть различным (рис. 1.4). К электрофизическим параметрам, в известной мере определяющим и конструктивное исполнение, относятся так называемые характерные параметры напряжение контакта Ик, частота fк, критический ток через контакт /кр, сопротивление контакта в нормальном состоянии Ля. Характерное напряжение Ик=/кр н определяет напряжение на контакте, однозначно связанное с характерной частотой через соотношение fк=Uк/Фo, т. е. частотные свойства джо-зефсоновского перехода. Для большинства сверхпроводников значения Ик ограничены несколькими милливольтами и это определяет верхнюю границу частоты приборов, использующих эффект Джозефсона, значением порядка 10 Гц. Во всех случаях, иллюстрируемых рис. 1.4, слабая связь между двумя металлическими конструкциями контакта образуется различными способами в случае туннельного контакта—слоем изолятора в случае мостиков постоянной (рис. 1.4,6) или переменной (рис. 1.4,в) толщины — за счет малой площади перехода (перемычка шириной около 1 мкм) в случае точечного контакта — за счет крайне малой площади соприкосновения иглы (рис. 1.4,а). [c.38]

Josephson, 1962), были созданы приборы для измерения магнитного поля. Джозефсон рассмотрел прохождение тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника. В таком устройстве, называемом контактом Джозефсона (рис. 4.1), волновые функции куперовских пар сохраняют конечные значения и за пределами сверхпроводников, определяя, таким образом, возможность перехода пар через диэлектрический барьер. [c.151]

Чтобы понять, как это происходит, вернемся к основному в теории сверхпроводимости представлению о коррелированном движении куперовских пар с одинаковыми фазами волновых функций. В джозеф-соновском контакте два сверхпроводника находятся так близко друг к другу, что из-за туннелирования устанавливается определенная разность фаз между волновыми функциями пар по разные стороны контакта. Джозефсон предсказал, что в этом случае пары будут двигаться преимущественно в одном направлении, так чтобы пара, преодолев диэлектрический барьер, оказалась на другой его стороне в фазе, соответствующей фазе пар в этой области. Переходов в обратном направлении, вообще говоря, не будет, поскольку при этом не возникает равенства фаз туннелирующих пар и пар в сверхпроводнике за барьером. Таким образом, ток через контакт оказывается зависящим от разности фаз волновых функций куперовских пар в сверхпроводниках по разные его стороны. [c.151]

Высокочастотный сквид состоит из сверхпроводящего кольца или петли с индуктивностью L, которое прервано контактом Джозефсона, называемым иначе слабым звеном . В ранних экспериментальных работах слабое звено получали различными способами нанося каплю припоя на кусочек проволоки, делая пропилы специальной формы в цилиндрической пленке и т.д. Основными факторами, определяющими качество сквида, являются его индуктивность, возможность эффективной и контролируемой связи с внешним магнитным потоком, стабильность характеристик. Эти факторы зависят от геометрии датчика. Мы опишем две конструкции датчика-мостик Дайема (ВауЬет) и точечный контакт, которые чаще всего использовались в магнитометрах, обсуждающихся в данной главе. Обе эти конструкции не являются контактами Джозефсона в строгом смысле, однако сквиды и с этими типами переходов имеют на выходе сигнал, который является периодической функцией внешнего магнитного поля В. [c.157]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология