А.Н. Матвеев - Атомная физика (1121290), страница 100
Текст из файла (страница 100)
У свободного электрона импульс связан с волновым вектором соотношением де Бройля р == т \ — /гк. При наличии магнитногополя, описываемого векторным потенциалом А, в уравнение движенияэлектрона и в гамильтониан вместоимпульса свободного электрона входит обобщенный импульс ту + qA,где q = — е -з а р я д электрона. П оэтому для спаренных электронов приналичии магнитного поля соотнош ение де Бройля принимает вид2т\ + 2qA = /гк.(70.2)Обозначая N c концентрацию сверхпроводящих пар для плотности сверхпроводящего тока jc, получаемjc = 2iVc9v.(70.3)С учетом (70.3) из (70.2) находим^ = m J (N cqH) + 2qAjfi(70.4а)и представляем (70.1) в виде374 13 Э лектронны е свойства твердых телm/(Ncqfi) $ jc • dr 4- (2q/H)§ A • dr = 2nn.тронов, а не движением одиночныхэлектронов.(70.46)Колебания тока в сверхпроводящемкольце.
Если магнитный потокВторой интеграл в левой части (70.46)сквозь площадь, ограниченную сверхпреобразуем по теореме Стокса:проводящ им кольцом, в результатеизменениявнешнего магнитного поля| А ■dr = J rot А •dS = J В •dS = Ф,(70.5)равномерно возрастает со временем,Lssгде S - поверхность, ограниченная кон то по закону электромагнитной интуром L; В = rot А - индукция магнит дукции Фарадея в кольце индуцируетного поля, пронизывающ ая поверх ся сверхпроводящий ток, увеличиваюность S; Ф -м агн и тн ы й поток сквозь щийся со временем.
При достиженииповерхность S. Взяв в качестве конту плотностью тока критического значера L интегрирования в (70.46) окруж ния сверхпроводимость разрушаетсяность радиуса R + 8, где 8 - толщина и сверхпроводящий ток исчезает. И споверхностного слоя, в котором со чезновение тока создает условия длясредоточен сверхпроводящий ток, мы возникновения сверхпроводящего соохватываем весь сверхпроводящий ток стояния. П родолжаю щ ее возрастатьи весь поток Ф, который им генериру магнитное поле снова индуцирует возется. Внутри проводника на этой ли растающий сверх проводящий ток,нии L плотность сверхпроводящего который при достижении критическотока j c = 0 и, следовательно, первый го значения ликвидирует сверхпровоинтеграл в (70.46) равен нулю. С уче димость, и т.
д. Следует обратитьтом этого обстоятельства и соотно внимание, что физическим содержашения (70.5) равенство (70.46) запи нием закона электромагнитной индукции Фарадея является возникновениесывается в видевихревого электрического поля в реФ = (nH/q)n = ( —пН/е)п = (—Ф0)«, (70.6) зультате изменения магнитного поля.При росте с постоянной скоростьюгдемагнитного потока сквозь площадь,Ф0 = пН/е(70.7)ограниченную сверхпроводящим коль-к в а н т магнитного потока. Соотно цом, линии напряженности электрического поля являются окружностяшение (70.6) показывает, чтомагнитный поток сквозь поверхность, ми, концентрическими с центром кольнатянутую на сверхпроводящий замк ца. Напряженность электрического понутый контур, изменяется не непре ля вдоль каждой линии постоянна.рывно, а дискретно, т.е.
магнитный Поэтому можно сказать, что в распоток квантуется. Квант магнитного смотренном выше явлении речь ш ла опотока является очень малой величи протекании сверхпроводящего тока вной: Ф0 = 2,07-10“ 15 Вб.постоянном электрическом поле, иВ эксперименте квантование м аг окончательный результат сформулинитного потока было надежно уста ровать так:новлено, а квант магнитного потока в постоянном электрическом поле,измерен. Результаты этих измерений созданном в сверхпроводящем кольдают надежное экспериментальное под це, протекает быстропеременный электверждение, что сверхпроводящий ток трический ток.обусловливается движением пар элекКвантование магнитного потока§ 70было предсказано в 1950 г.
Ф. Л ондоном и экспериментально обнаруженов 1961 г. одновременно в несколькихлабораториях.Туннелирование электронов черездиэлектрический слой. Если два обычных проводника или сверхпроводника разделены тонким слоем диэлектрика толщиной 1-2 нм (рис. 141),то через такой слой под влияниемсторонней ЭДС протекает электрический ток, вольт-амперная характеристика которого совершенно различна для нормальных проводников(сплошная линия) и сверхпроводников (штриховая линия) (рис.
142). Попричинам, которые сейчас станут ясными, тонкий слой диэлектрика, разделяющий два проводника, называется туннельным контактом.Рассмотрим туннельный контактмежду двумя нормальны ми м еталлами. Схема энергетических уровней металлов при нулевой разности потенциалов на контакте изображена нарис. 143, а. Ток через контакт отсутствует. Схема энергетических уровнейэлектронов в металле при возникновении на переходе разности потенциалов eU показана на рис. 143,б.
Видно,что на контакте возник потенциальный барьер и против уровней электронов на левой стороне контакта (рис.143,6) расположены незаполненныеэнергетические электронные уровнизоны проводимости металла на правой стороне контакта. Заметим, чтона рис. 143,6 eU означает рост потенциальных энергий электронов налевой стороне контакта, а не ростэлектрического потенциала на этойстороне. Потенциал выше на правойстороне контакта. Через потенциальный барьер посредством туннельногоэффекта с левой стороны контакта направую проходят электроны и образуется электрический гок, текущий че-С верхпроводим ость 3 7 51-2А141Проводники, разделенные тонким слоем диэлектрика142Вольт-амперная характеристика туннельногоконтактаiff143Схема расположения энергетических уровнейтуннельного контакта между нормальнымипроводниками при нулевой разности потенциалов на контакте (а) и при разности потенциаловU(б)рез контакт справа налево (это направление принято за положительноена рис.
142). Ток через туннельныйконтакт между нормальными м еталлами растет прямо пропорциональновозникающей на них разности потен-376 13. Э лектронны е свойства твердых телго тока через контакт нет. Такая ситуация продолжает существовать дотаких разностей потенциалов U, когда нижний край левой щели сравняется с верхним краем правой щели (рис.144.6). При дальнейшем повышенииразности потенциалов заполненныеэлектронами энергетические уровни слевой стороны контакта становятся144против свободных уровней правойСхема расположения энергетических уровнейстороны контакта и начинается тунтуннельного контакта между сверхпроводящи нелирование электронов.
В цепи возми проводниками при нулевой разности потенникает сверхпроводящий ток, соотциалов на контакте (а) и при разности поветствующий разности потенциаловтенциалов U (б)U0 = к /е на контакте. Заметим, чтополное отсутствие тока до моментациалов, как это показано на рис. 142 прекращения перекрытия щелей (рис.сплошной линией.144.6) осуществляется только приСхема энергетических уровней сверх О К. При отличных от нуля темперапроводников при нулевой разности турах ток существует, но он оченьпотенциалов на контакте показана на мал (рис.
142).рис. 144, а. Заполненная электронамиПервое устройство на полупрозона отделена от свободных уровней водниках, в котором наблюдалисьэнергетической щелью А, наличие большие туннельные токи, было реаликоторой обусловливает возможность зовано в 1957 г. японским ученымЛ. Эсаки. Туннельный эффект междусверхпроводящего тока.При наложении на контакт раз двумя металлами осуществлен в 1960 г .ности потенциалов щели и энергети американским ученым А.
Джайевером.ческие уровни в сверхпроводниках Оба они вместе с Б. Джозефсоном всдвигаются точно так же, как и на1973 г. были удостоены Нобелевскойрис. 143,6. Уровни с левой стороны премии.Эффекты Джозефсона. В 1962 г.контакта сдвигаются вверх. Верхняячасть энергетической щели с левой Б. Джозефсон теоретически предскастороны контакта попадает против зал существование двух явлений, понезаполненных энергетических уров лучивших наименование эффектовней правой стороны контакта, а верх Джозефсона.
И м было теоретическиняя часть заполненных уровней левой доказано, чтостороны контакта попадает против во-первых, через тонкий диэлектриэнергетической щели правой стороны ческий контакт (см. рис. 141) сверхконтакта. При такой ситуации тун проводящий ток может протекать инелирование электронов невозможно: при отсутствии разности потенциаловв пределах щели и выше щели с левой на контакте и, во-вторых, при налистороны контакта нет электронов, ко чии постоянной разности потенциаторые могли бы туннелировать, а лов через контакт протекает переменэлектронам ниже щели некуда тун ный ток. Первый эффект называетсянелировать.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
