Билет №36, 37 (Ответы на экзамен 2), страница 3
Описание файла
Файл "Билет №36, 37" внутри архива находится в папке "otvety_v2". Документ из архива "Ответы на экзамен 2", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "материалы и элементы электронной техники" из 5 семестр, которые можно найти в файловом архиве НИУ «МЭИ» . Не смотря на прямую связь этого архива с НИУ «МЭИ» , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "к экзамену/зачёту", в предмете "материалы и элементы электронный техники" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Билет №36, 37"
Текст 3 страницы из документа "Билет №36, 37"
Конечно, нельзя буквально понимать, что ξ — это размер куперовской пары. Длина когерентности означает, что на расстояниях порядка ξ движение электронов скоррелировано, и это отражает возникновение связанного состояния электронов, т.е. образование куперовских пар. Состояние электронов в металле непрерывно меняется, и поэтому постоянно меняются наборы пар. В то же время, если состояние одного из электронов, входящих в пару, изменяется под действием какой-либо силы (например, под влиянием магнитного поля), то это сразу же скажется на поведении другого электрона.
СЛАБАЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ
Термин слабая сверхпроводимость появился сравнительно недавно. Под ним понимаются сверхпроводящие явления в системах со слабосвязанными сверхпроводниками, т.е. когда в сверхпроводящей цепи имеется участок, в котором тем или иным способом сверхпроводимость подавлена (имеется «слабое звено»). Начало исследования слабой сверхпроводимости относится к 1962 г., когда в лаборатории Монда Кембриджского университета дипломник Пиппарда Брайан Джозефсон проанализировал, казалось бы, малоинтересную ситуацию: что будет при контакте двух сверхпроводников, разделенных очень тонким слоем изолятора. Теперь это называется переходом Джозефсона. Фактически речь идет о том, как туннелируют куперовские пары. Результат проведенных Джозефсоном вычислений оказался неожиданным — вольтамперная характеристика такого перехода не должна была быть похожа на обычный туннельный ток. Джозефсон сам пытался проверить свои выводы экспериментально, но у него ничего не получилось. В своей Нобелевской лекции он сказал, что даже хотел включить в диплом главу «Два неудачных эксперимента». Как уже указывалось в гл. 1, через несколько лет эксперимент был успешно осуществлен другими исследователями. С тех пор во всем мире слабая сверхпроводимость является не только одним из самых интенсивных направлений фундаментальных исследований, но и нашла широкое применение в различных прикладных областях.
Прохождение электронов через барьер (изолирующую прослойку) из одного сверхпроводника в другой является результатом распространения волновой функции электрона через контакт. Если изолирующий слой достаточно «толстый», то можно считать, что образование куперовских пар (т. е. когерентных электронных состояний) происходит с обеих сторон независимо. Дело в том, что вероятность прохождения частицы через барьер в основном определяется экспоненциальным фактором
a
exp{ - 2√(2m)/ћ • ∫√[U(x)-E]dx}
0
где а — ширина барьера, Е — энергия частицы массы m, a U(x) — потенциальный барьер. Вероятность туннелирования электронов парами по сравнению с туннелированием отдельных электронов необычайно мала. Это связано с тем, что пара имеет удвоенный заряд (это увеличивает величину потенциального барьера U) и удвоенную массу.
Однако если волновые функции электронов перекрываются в контакте, то в нем возможно образование куперовских пар из электронов, принадлежащих разным металлам, т.е. когерентное состояние может формироваться во всей электронной системе в целом. Это обстоятельство и приводит к возможности туннелирования электронных пар из одного металла в другой через «тонкий» контакт.
Стационарный эффект Джозефсона
Итак, рассмотрим два сверхпроводника, разделенных слоем нормального металла (рис. 6.1).
П устьE1, E2 — наинизшие энергии электронов в сверхпроводниках, К — константа связи между сверхпроводниками (если К = О, то это единый сверхпроводник, и E1 =E2 ). Переход электронов из одного сверхпроводника в другой может быть обусловлен только квантово-механическим туннелированием через разделяющий сверх проводники слой нормального металла.
Рис. 6.1. Схематическое изображение (s-n-s)- контакта.
Реально наблюдение эффекта Джозефсона осуществляется путем измерения вольтамперной характеристики (s—n—s) -структуры
(меняется ток через контакт и на нем измеряется разность потенциалов V (см. рис. 6.5)).
Рис. 6.5. Вольт-амперная характеристика джозефсоновского перехода и схема ее измерения: а — обычный (s—n—х) - переход; 6 — переход, шунтированный небольшим сопротивлением
При малых значениях тока напряжение V остается равным нулю. Когда ток превосходит Jс, сверхпроводимость разрушается, и скачком появляется пороговое напряжение Vс, позволяющее туннелировать нормальным электронам. При дальнейшем увеличении тока характеристика становится 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∆/e, а затем V скачком обращается в нуль, как это показано на рис. 6.5а.