Энциклопедический словарь нанотехнологий - эффект джозефсона

Термин

эффект ДжозефсонаТермин на английском

Josephson effectСинонимы

Аббревиатуры

Связанные термины

туннелирование, сверхпроводимостьОпределение

эффект протекания сверхпроводящего тока через тонкую изолирующую или несверхпроводящую прослойку между двумя сверхпроводниками (т.н. джозефсоновский контакт или джозефсоновский переход).

Описание

При пропускании через контакт тока, величина которого не превышает критическую, падение напряжения на контакте отсутствует, несмотря на наличие слоя диэлектрика. Эффект этот вызван тем, что электроны проводимости проходят через диэлектрик без сопротивления за счёт туннельного эффекта. Такой режим называется стационарным эффектом Джозефсона. При увеличении тока через контакт и достижении им некоторой критической величины (значение этой критической величины зависит от свойств контакта, температуры и магнитного поля) на контакте возникает напряжение (U), и контакт начинает излучать электромагнитные волны, частота излучения которых прямо пропорциональна возникающему напряжению (~2eU/h).  Возникновение излучения связано с тем, что объединённые в пары электроны (Куперовские пары), создающие сверхпроводящий ток, при переходе через контакт приобретают избыточную по отношению к основному состоянию сверхпроводника энергию 2eU. Единственная возможность для пары электронов вернуться в основное состояние — это испустить квант электромагнитной энергии h? = 2eU. Такой режим называется нестационарным эффектом Джозефсона [1].

Эффект Джозефсона используется в сверхпроводящих квантовых интерферометрах (сквидах), содержащих два параллельных контакта Джозефсона. При этом сверхпроводящие токи, проходящие через контакт, могут интерферировать. Оказывается, что критический ток для такого соединения чрезвычайно сильно зависит от внешнего магнитного поля, что позволяет использовать устройство для очень точного измерения магнитных полей (МЭМС Гироскопы).

Если в переходе Джозефсона поддерживать постоянное напряжение, то в переходе возникнут высокочастотные колебания (эффект джозефсоновской генерации). Возможен и обратный процесс — джозефсоновское поглощение. Таким образом, джозефсоновский контакт можно использовать как генератор электромагнитных волн или как приёмник (эти генераторы и приёмники могут работать в диапазонах частот, не достижимых другими методами).

Свойства джозефсоновских контактов переключаться с нулевого на конечное напряжение при превышении током некоторого критического значения в совокупности с малой емкостью позволяют использовать их в качестве быстродействующих логических элементов ЭВМ.

Эффект может применяться для измерения/уточнения с высокой точностью фундаментальных физических констант и создания стандартов напряжения [2].

Авторы

• Разумовский Алексей Сергеевич, к. ф.-м. н

Теги

Разделы

Микро(нано)электромеханические системы (MEMS/NEMS)

Криоэлектроника и флуксонные устройства на основе сверхпроводящих (джозефсоновских) наноструктур

Наноэлектроника: физические принципы и объекты новой цифровой наноэлектроники

Наука