Навигация
6. Ефект Джозефсона.
Якщо два надпровідники з'єднати один з одним «слабким» контактом, наприклад якнайтоншою смужкою з діелектрика, через нього піде тунельний надпровідний струм, тобто відбудеться тунелювання надпровідних куперовских пар. Завдяки цьому обидві системи надпровідників зв'язано між собою. Зв'язок цей дуже слабкий, оскільки мала ймовірність тунелювання пар навіть через дуже тонкий шар ізолятора.
Наявність зв'язку приводить до того, що в наслідок процесу обміну парами стан обох систем змінюється в часі. При цьому інтенсивність і напрям обміну визначається різницею фаз хвилевих функцій між системами. Якщо різниця фаз j = j1 – j2, тоді з квантової механіки слідує
.
Енергії в точках по одну і іншу сторону бар'єру Е1 і Е2 можуть відрізнятися тільки якщо між цими точками існує різниця потенціалів Us. В цьому випадку
. (1)
Якщо надпровідники зв'язані між собою з одного боку і розділені слабким контактом з іншою, то напруга на контакті можна викликати, міняючи магнітний потік усередині контура, що утворився. При цьому
.
Враховуючи, що квант потоку і потік Ф через контур може бути лише nФ0, де n=0,±1,±2,±3... Джозефсон передбачив, що
, (2)
де Is - струм через контакт, Ic - максимальний постійний джозефсонівский струм через контакт, j - різниця фаз.
З (1), (2) слідує
.
Оскільки на фазове співвідношення між системами впливає магнітне поле, то надпровідним струмом контура можна управляти магнітним полем. В більшості випадків використовується не один джозефсонівский контакт, а контур з декількох контактів, включених паралельно, так званий надпровідний квантовий інтерферометр Джозефсона (НКВІД). Величина магнітного поля, необхідного для управління струмом, залежить від площі контура і може бути дуже мала. Тому НКВІДи застосовують там, де потрібна велика чутливість.
7. Високотемпературна надпровідність.
Розглянутий раніше механізм переходу в надпровідний стан заснований на міжелектронній взаємодії за допомогою кристалічної решітки. Як показують оцінки, для такого механізму надпровідності, звана фононним, максимальна величина критичної температури не може перевищувати 40 К.
Таким чином, для реалізації високотемпературної надпровідності (з Тc>90 К) необхідно шукати інший механізм кореляції електронів. Один з можливих підходів описаний підходів описаний американським фізиком Літтлом. Він припустив, що в органічних речовинах особливої будови можлива надпровідність при кімнатних температурах. Основна ідея полягала в тому, щоб отримати свого роду полімерну нитку з регулярно розташованими електронними фрагментами. Кореляція електронів, рухомих уздовж ланцюжка, здійснюється за рахунок поляризації цих фрагментів, а не кристалічної решітки. Оскільки маса електрона на декілька порядків менше маси будь-якого іона, поляризація електронних фрагментів може бути сильнішою, а критична температура вищою, ніж при фоновому механізмі.
У основі теоретичної моделі високотемпературної надпровідності, розробленої академіком В.Л.Гизбургом, лежить так званий механізм екзитонної взаємодії електронів. Річ у тому, що в електронній системі існують особливі хвилі - екситони. Подібно до фононів вони є квазічастинками, що переміщаються по кристалу і не пов'язаними з перенесенням електричного заряду і маси. Модельний зразок такого надпровідника є металевою плівкою в шарах діелектрика або напівпровідника. Електрони провідність, рухома в металі, відштовхує електрони діелектрика, тобто оточують себе хмарою надмірного позитивного заряду, який і приводить до утворення электронної пари. Такий механізм кореляції електронів передбачає вельми високі значення критичної температури (Тc=200 К).
8. Критичні стани.
8.1. Критичні магнітні поля.Критичне магнітне поле в надпровідниках, характерне значення напруженості магнітного поля Нк, вище якого виникаеє повне або часткове проникнення магнітного поля в надпровідник. При Н < Нк магнітне поле в надпровідник не проникає, його екранує поверхневий надпровідниковий струм (ефект Мейсера).
В надпровідниках першого роду, до яких відноситься більшість чистих металів, речовина переходить в звичайнний, ненадпровідний стан при Н > Нк(фазовий перехід першого роду). Відповідаюче цьому переходу критичне магнітне поле Нк зв’язане з різницею вільної енергії нормальної Fн і надпровідної Fнп фаз співвідношенням:
В надпровідниках другого роду (зазвичай це сплави) проникнення магнітного поля починається з утворення вихрових ниток, в серцевині яких в основному зосереджене магнітне поле. При цьому речовина ще не втрачає надпровідних властивостей, і по ньому протікають струми, які часково екранують зовнішнє поле. Відповідне початку проникнення критичне магнітне поле Нк1 менше термодинамічного критичного поля Нк для цих речовин. Повне проникнення магнітного поля в надпровідник наступає при Нк2 , яке може бути як менше, так і більше Нк. В так званих жорстких надпровідниках, серед яких найбільш відомі сплави на основі ніобія, критичне магнітне поле Hk2>> Hk1. При значеннях поля Hk2 і Hk1
Похожие работы
... поля вихрові нитки зближаються, щільність їх збільшується, і при деякому значенні поля, коли відстань між нитками стає приблизно 10-4 сантиметра , надпровідність руйнується і зразок переходить у нормальний стан. Сучасна експериментальна техніка дозволяє безпосередньо спостерігати абрикосові вихрі. Для цього на поверхню зразка наносять магнітний порошок. Частинки накопичуються в тих областях, куди ...
... Компланарна затримка YBCO лінії 10м в ширину і 37см в довжину було сфабриковано. Ця лінія затримки була близько 2,8нс і були використані, поряд з комерційно доступними напівпровідникові інтегральні схеми, щоб зробити надпровідними пам’яті затримки на лініях. Як показано на рис.27, ця пам’ять працювала як 32-бітний буфер зберігання при тактовій частоті 10 ГГц при 46 K, яка у кілька разів швидше, ...
... . Для отримання високоякісних кріопровідників необхідні виключно висока чистота металу (відсутність домішок) та відсутність наклепу (виникає при відпалюванні). 3. Сплави високого опору та спеціальні сплави. Контактні матеріали. Неметалеві провідники Сплави високого опору мають при нормальній температурі питомий опір ρ ≥ 0,3 [мкОм· м] При використанні сплавів високого опору: у вимі ...
1.1. Параметри ВТНП-матеріалів Із-за малої довжини когерентності x»( 1-30 )A вихрі слабо закріплені на дефектах зразка і можуть легко переміщатися по ньому як і при пропусканні через зразок струму, так і при наявності інгрідієнта температури. Рис.1.13 служить якісною ілюстрацією механізма руху вихрів. Потенціальний рельєф для вихрів у зразку визначає силу пінінга (рис.1.13 а). ...
0 комментариев