Akademik

ДЖОЗЕФСОНА ЭФФЕКТ

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 (1973)), экспериментально обнаружен в 1963. Эл-ны проводимости проходят через диэлектрик (обычно плёнку окиси металла толщиной =10?=10-9 м) благодаря туннельному эффекту. Если ток через контакт Джозефсона не превышает определ. значения, наз. критич. током контакта, то падение напряжения на контакте отсутствует (т. н. стационарный Д. э.). Если же через контакт пропускать ток, больший критического, то на контакте возникает падение напряжения, и контакт излучает эл.-магн. волны (нестационарный Д. э.). Излучать эл.-магн. волны может только перем. ток — именно такой ток течёт сквозь контакт Джозефсона при постоянном падении напряжения V на контакте. Частота излучения nсвязана с V соотношением n=2eV/h, где е — заряд эл-на. Излучение обусловлено тем, что объединённые в пары эл-ны, создающие сверхпроводящий ток, при переходе через контакт приобретают избыточную по отношению к осн. состоянию сверхпроводника энергию 2eV. Единств. возможность для пары эл-нов вернуться в осн. состояние — это излучить квант эл.-магн. энергии hn=2eV. Д. э. указывает на существование в сверхпроводниках электронной упорядоченности — фазовой когерентности: в осн. состоянии все электронные пары (Куперовские пары, (см. КУПЕРА ЭФФЕКТ) имеют одинаковую фазу j, характеризующую их волновую функцию y= |y|eij. Контакту Джозефсона соответствует определ. разность фаз j*=j1-j2, где j1 и j2 — значения фазы волн. функции для сверхпроводников, разделённых контактом. Согласно квант. механике, при наличии разности фаз j* через контакт должен течь ток, плотность к-рого j=j0sinj*. Эксперим. обнаружение этого тока доказывает, что в природе существуют макроскопич. явления, непосредственно определяемые фазой волн. функции.

Аналогичный эффект наблюдается, когда сверхпроводники соединены тонкой перемычкой (мостиком или точечным контактом), а также если между ними находится тонкий слой металла в норм. состоянии или полупроводника. Такие системы вместе с контактами Джозефсона наз. слабосвязанными сверхпроводниками. На основе Д. э. созданы сверхпроводящие интерферометры, содержащие параллельно включённые слабые связи между сверхпроводниками. Результирующий ток, текущий через эти слабые связи, I=I1sinj*1+I2sinj*2, где j1* и j*2 — разности фаз на первом и втором контактах Джозефсона. Происходит своеобразная интерференция сверхпроводящих токов через слабые связи. При этом критич. ток оказывается периодически зависящим от потока внеш. магн. поля (с периодом, равным кванту потока Ф0), что позволяет использовать такое устройство для чрезвычайно точного измерения слабых магн. полей (до 10-18 Тл; такие магнитометры наз. сквидами), малых токов (до 10-10 А) и напряжений (до 10-15 В). Слабосвязанные сверхпроводники могут быть также использованы в кач-ве быстродействующих элементов логич. устройств ЭВМ, параметрич. преобразователей, чувствит. детекторов СВЧ, усилителей и др. электронных приборов.