Физика \ Физика

Элементы сверхпроводящей электроники. Динамика кристаллической решетки. Магнитные квантовые эффекты в полупроводниках, страница 2

Фактически туннелирование сверхпроводящего тока описывается двумя простыми уравнениями (18.13) и (18.15). Если приложить постоянное напряжение к переходу, то разность фаз волновых функций

.                            (18.16)

Частота тока

.                                            (18.17)

При U = 1 мкВ сверхпроводящий туннельный ток сквозь переход осциллирует с частотой n = 484 МГц. Экспериментальное обнаружение этого тока доказывает, что в природе существуют макропроцессы, определяемые непосредственно фазой y-функции.

Если переход находится в магнитном поле, то выражение (18.13) записывается в виде

j = j0 sin ,                                     (18.18)

где интеграл берется по пути, ведущему через переход.

Если через переход пропустить ток больше определенного значения, называемого критическим, то переход будет излучать электромагнитные волны. Излучение обусловлено тем, что куперовские пары приобретают избыточную по отношению к основному состоянию энергию 2eU. Поэтому при переходе в основное состояние куперовская пара испускает квант энергии hv = 2eU.

§ 18.3. Интерференция сверхпроводящих токов.

Сверхпроводящий квантовый интерференционный детектор (СКВИД)

Надпись: Рис.18.3 Рассмотрим интерференцию двух сверхпроводящих туннельных токов, текущих через два перехода Джозефсона. На рис.18.3 показано параллельное соединение двух переходов а и б между сверхпроводниками. Концы М и N подключены к прибору для измерения тока I. Пусть Iа и Iб - токи через переходы, jа и jб - фазы этих токов. Разность фаз волновых функций в точках М и N одинакова для двух переходов и согласно (18.18),

;                                            (18.19)

.                                           (18.20)

Вычитая (18.19) из (18.20) и учитывая, что , получаем

.                                    (18.21)

где Ф - магнитный поток, "захваченный" контуром.

Выберем для удобства

;  .                               (18.22)

Полный ток равен сумме токов

.    (18.23)

Максимальный ток для каждого данного магнитного потока Ф

.                                     (18.24)

Этот предельный ток периодически изменяется в зависимости от Ф и, в свою очередь, достигает максимума при

,                                       (18.25)

На рис.18.4 показана зависимость максимального тока через СКВИД от магнитного потока, "захваченного" контуром. Из  рассмотренного следует, что происходит своеобразная интерференция сверхпроводящих токов и полный ток через СКВМД осциллирует с периодом, равным кванту магнитного потока Ф0. Это позволяет использовать СКВМД для  чрезвычайно точных исследований слабых магнитных полей (до 10-18 Тл).

Надпись: Рис.18.4 Устройства с двумя слабо связанными сверхпроводящими переходами используется для измерения малых токов (до 10-10 А) и напряжений (до 10-15 В), а также в качестве быстродействующих логических устройств ЭВМ, параметрических преобразователей, чувствительных детекторов СВЧ, усилителей и других электронных приборов. Энергетический порог чувствительности составляет около h/2 = 3,3.10-34 Дж/Гц. Это лишь в три раза больше минимального порога чувствительности, равного , определяемого соотношением неопределенностей Гейзенберга DEDt » , при v = Dt-1  = 1 Гц.

Вопросы и задачи

1.       Показать, что магнитный поток, захваченный сверх-проводящим кольцом, квантован.

2.       Получить зависимость плотности туннельного сверхпроводящего тока сквозь переход Джозефсона от разности фаз волновых функций по обе стороны перехода.

3.       Объяснить зависимость максимального туннельного тока через СКВИД от магнитного потока, захваченного контуром (см. рис.18.4).

4.       Привести примеры применения устройств с двумя слабо связанными сверхпроводящими переходами Джозефсона.

Г Л А В А  19

ДИНАМИКА КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ

§ 19.1. Нормальные колебания и нормальные координаты

Скачать файл