Нестационарный эффект Джозефсона

Версия 12:40, 23 марта 2012

Если ток, протекающий через контакт, достигает максимального значения, то на переходе появляется разность потенциалов V. Появление ее не исключает возможности протекания сверхпроводящего тока. Однако ток этот становится переменным (частота его ). Таким образом, возникает возможность генерации переменного тока с помощью постоянной разности потенциалов. Описанное явление и называется нестационарным эффектом Джозефсона.Протекание сверхпроводящего тока, не требующее затраты энергии, при наличии V сопровождается излучением или поглощением (при обратном переходе) фотона с энергией . В 1965 г И.И. Янсоном, В.М. Свистуновым и И.М. Дмитриенко впервые было обнаружено джозефсоновское электромагнитное излучение. Частоту переменного джозефсонского тока легко подсчитать. При наличии разности потенциалов между двумя сверхпроводниками энергия двух систем куперовских пар по обе стороны от перехода отличаются на величину Е = 2еU (2е – заряд пары). Именно такое количество может получить пар от источника напряжения при прохождении через диэлектрический слой. При протекании сверхпроводящего тока не требуется затрат в энергии, и полученная куперовской парой пропорция 2еV излучается в виде кванта с энергией h = 2еV. Это излучение с частотой  = 2еV\h и было зарегистрировано в экспериментах с контактами Джозефсона. Но излучать электромагнитные волны может только переменный ток – именно такой ток и течет через джозефсонский туннельный контакт. Можно отметить техническое достоинство. Даже при очень малых напряжениях джозефсонский туннельный контакт вырабатывает такие частоты, которые не всегда легко получить другими известными способами. Экспериментально обнаружить нестационарный эффект оказалось значительно труднее, чем постоянный ток Джозефсона. Чрезвычайно малой мощности и очень высокая частота излучения, генерируемого туннельным контактом, усложняли и без того не легкую экспериментальную задачу. Реально наблюдение эффекта Джозефсона осуществляется путем измерения вольт-амперной характеристики (s-n-s)-структуры (меняется ток через контакт и на нем измеряется разность потенциалов V, рис. 9)

Рис. 9 Вольт-амперная характеристика джозефсоновского перехода и схема ее измерения: а – обычный (s-n-s)-переход; б – переход, шунтированный небольшим сопротивлением При малых значениях тока напряжение V остается равным нулю. Когда ток превосходит JC, сверхпроводимость разрушается, и скачком появляется пороговое напряжение VC, позволяющее туннелировать нормальным электронам. При дальнейшем увеличении тока характеристика становиться линейной в силу омического характера одночастичной ветви. Однако при уменьшении тока наблюдается гистерезис, а именно, одночастичная характеристика при уменьшении тока продолжается вплоть до точки J=0, V=2 , а затем V скачком обращается в нуль, как это показано на рис. 9, а.

Для использования (s-n-s) перехода в сквидах гистерезис его вольт-амперной характеристики нежелателен. Сильную нелинейность ВАХ туннельного контакта можно устранить, напылив тонкую пленку нормального металла, в результате чего эффективное сопротивление станет суммой параллельно включенных сопротивления контакта и пленки нормального металла. ВАХ такого перехода, шунтированного небольшим сопротивлением, показана на рис. 9, б, она определяется также емкостью перехода и индуктивностью контакта между электродами и шунтом.^[1]