Страница: 2/4
2. Эффект Джозефсона.
Если два сверхпроводника соединить друг с другом «слабым» контактом, например тончайшей полоской из диэлектрика, через него пойдет туннельный сверхпроводящий ток, т.е. произойдет туннелирование сверхпроводящих куперовских пар. Благодаря этому обе системы сверхпроводников связаны между собой. Связь эта очень слаба, т.к. мала вероятность туннелирования пар даже через очень тонкий слой изолятора.
Наличие связи приводит к тому, что в следствии процесса обмена парами состояние обеих систем изменяется во времени. При этом интенсивность и направление обмена определяется разностью фаз волновых функций между системами. Если разность фаз j=j1 - j2, тогда из квантовой механики следует 
. Энергии в точках по одну и другую сторону барьера Е1 и Е2 могут отличаться только если между этими точками существует разность потенциалов Us. В этом случае 
(1).
Если сверхпроводники связаны между собой с одной стороны и разделены слабым контактом с другой, то напряжение на контакте можно вызвать, меняя магнитный поток внутри образовавшегося контура. При этом 
. Учитывая, что квант потока 
и поток Ф через контур может быть лишь nФ0, где n=0,±1,±2,±3, . Джозефсон предсказал, что 
(2)
Где:
Is – ток через контакт
Ic – максимальный постоянный джозефсоновский ток через контакт
j -- разность фаз.
Из (1), (2) следует 
.
Поскольку на фазовое соотношение между системами влеяет магнитное поле, то сверхпроводящим током контура можно управлять магнитным полем. В большинстве случаев используется не один джозефсоновский контакт, а контур из нескольких контактов, включенных параллельно, так называемый сверхпроводящий квантовый интерферометр Джозефсона (СКВИД). Величина магнитного поля, необходимого для управления током, зависит от площади контура и может бать очень мала. Поэтому СКВИДы применяют там, где нужна большая чувствительность.
Известны несколько типов джозефсоновских контактов, но наиболее распространены следующие:
изолятор
» 1нм сверхпроводники
туннельный переход переход типа «мостик»
3. Магнитометр.
Магнитометр - прибор на основе джозевсоновских переходов, применяющийся для измерения магнитного поля и градиента магнитного поля. В магнитометрах используются СКВИДы 2х типов: на постоянном токе и переменном. Рассмотрим магнитометр на СКВДах постоянного тока.
I
A B U
переходы
джозефсоновские
Если к такому кольцу приложить поле, то оно будет наводить в кольце циркулирующий сверхпроводящий ток. Он будет вычитаться из постоянного тока I в А и складываться в В. Тогда максимальный ток кольца зависит от магнитного потока Ф и равен: 
Ic – ток кольца, Ф0 – квант потока, Ф – захваченный поток. При этом 
R – сопротивление перехода, l – индуктивность кольца. DU – достигает нескольких микровольт и может быть измерена обычными электронными приборами.
I Imax
nФ0
(n+1/2)Ф0
U n
Рисунок слева: ВАХ сверхпроводящего кольца с 2-мя джозевсоновскими переходами.
Рисунок справа: Зависимость Imax от внешнего потока
n – число квантов потока пронизывающих контур.
Техническая реализация магнитометров на СКВИДе на постоянном токе с 2-мя тунельными переходами.
Кварцевая трубка
Полоска из Pb
Платиновый электрод
Pb
Джозефсоновские
переходы
Платиновый электрод
Контур СКВИДа
образован цилиндрической
пленкой из Pb нанесенной на кварцевый цилиндр
длинной 18 мм с наружным диаметром 8мм, а
внутренним 6мм.
Описанная здесь конструкция яв-
2 мм ляется датчиком включенным в электри-
ческую схему, обеспечивающую изме-
Реферат опубликован: 13/06/2009