December 10 2016 05:02:00
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
длина когерентности
Физические основы информации

Важным понятием в описании сверхпроводимости является длина когерентности ξ, равная характерному размеру куперовской пары, который составляет величину ~100нм. Это на два порядка больше среднего расстояния между соседними атомами кристалла. Благодаря большому размеру куперовских пар между ними происходит обмен электронами. Относительное число электронов, образующих куперские пары, невелико и пропорционально величине kθ/εF, где θ – дебаевская температура кристалла, εF – энергия Ферми. Остальные электроны не участвуют во взаимодействии, приводящем к сверхпроводимости. Длина когерентности определяет толщину слоя, в котором возбуждается поверхностный мейснеровский ток, причем с ростом температуры величина ξ уменьшается и обращается в нуль при Т = Тк.

С энергетической точки зрения сверхпроводящее состояние характеризуется тем, что спектр элементарных возбуждений, переводящих систему из основного состояния с наименьшей энергией в возбужденное состояние с большей энергией, отдает от возбужденного состояния энергетической щелью

εщ =2Δ0 = 3,52kTк,     Т = 0.                                                                  (IV.14.4)

С увеличением температуры εщ уменьшается и при Т = Tк её величина становится равной нулю. Элементарным возбуждением считается неспареный электрон, который появляется при разрушении куперовской пары и обуславливает возникновение сопротивления.

В области микроэлектроники наибольший интерес вызывает эффект Б.Джозефсона, предсказанный теоретически в 1962г. Различают стационарный и нестационарный эффекты Джозефсона. По существу Джозефсоном были рассмотрены особенности туннельного эффекта для куперовских пар через тонкий (~10Å) слой диэлектрика между двумя сверхпроводниками. Следует отметить, что толщина диэлектрика, формирующего потенциальный барьер для куперовских пар, существенно меньше длины когерентности, т.е. размера пары, поэтому для системы куперовских пар в обоих сверхпроводников устанавливается некое согласованное взаимосвязанное состояние.

Если ψ1 есть волновая функция куперовских пар в первом сверхпроводнике, а ψ2 – волновая функция куперовских пар во втором сверхпроводнике, то в отсутствие внешнего магнитного поля система феноменологических уравнений для перехода Джозефсона запишется следующим образом:

img762,                                                                                                   (IV.14.5а)

img763,                      (IV.14.5б)

где k > 0 – коэффициент связи двух сверхпроводников, Ui – энергия основного состояния куперовских пар в i-ом сверхпроводнике, i = 1,2.

В случае стационарного эффекта Джозефсона на переход Джозефсона постоянное напряжение не подается, поэтому

U1 = U2 = U,                                                                                                       (IV.14.6)

img764                                                                         (IV.14.7)

и туннельный ток I через переход описывается выражением

img765,                        (IV.14.8)

где img766 (ток течет от сверхпроводника 1 к сверхпроводнику 2, если sin δ > 0). Сверхпроводники считаются одинаковыми. Таким образом, при нулевом падении напряжения через переход Джозефсона протекает постоянный ток. Величина I0 соответствует критическому току, поскольку в области больших токов (I > I0) происходит туннелирование обычных неспаренных электронов и возникает падение напряжения. Сверхпроводящий ток через переход определяется разностью фаз волновых функций куперовских пар и является макроскопическим проявлением этой разности.

Нестационарный эффект Джозефсона наблюдается при подаче на переход постоянного напряжения V, которое приводит к разности энергий основных состояний куперовских пар

U1 – U2 = qV,          q = 2e                                                                      (IV.14.9)

при этом

img767,                                       (IV.14.10)

Теперь при постоянном напряжении через переход протекает переменный ток, меняющийся по гармоническому закону с частотой

img768,                                                                      (IV.14.11)

зависящей от приложенного постоянного напряжения.

Этот переменный ток является источником электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне с типичной мощностью ~10-9Вт. При туннелировании одной куперовской пары испускает квант электромагнитного поля с частотой (IV.14.11). Прямое наблюдение данного излучения в джозефсоновском переходе, на который подается постоянное напряжение, было осуществлено в 1965г. И.К. Янсоном, В.М. Свистуновым и И.М. Дмитриенко. Существует и обратный эффект, когда под действием СВЧ-излучения в джозефсоновском переходе возникает постоянная разность потенциалов между двумя сверхпроводниками.

Поскольку частота электромагнитного излучения может быть измерена с очень высокой точностью (в институте квантовой оптики им. М.Планка, Германия разработална методика измерения частоты видимого света с относительной точностью img769), это открывает возможность измерения электрического напряжения с очень высокой точностью, а также создания эталона напряжения

img770.                                                                                                               (IV.14.12)

Кроме того, с помощью эффекта Джозефсона имеется ещё один независимый способ определения численного отношения фундаментальных физических постоянных h и е.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.04 секунд 4,204,198 уникальных посетителей