|
|
Джозефсоновский контакт как стандарт разности потенциаловЗначительный прогресс в реализации эталонов электрических единиц был достигнут после того, как на основе теории сверхпроводимости английским физиком Джозефсоном был предсказан эффект протекания сверхпроводящего тока через слой диэлектрика, разделяющего два сверхпроводника (Нобелевская премия 1973 г.). Сущность этого эффекта, получившего название эффекта Джозефсона, состоит в том, что через слой диэлектрика, разделяющего два сверхпроводника, при подаче некоторой разности потенциалов U может проходить переменный ток, частота которого
где е - заряд электрона; h - постоянная Планка. Из этого уравнения следует, что для измерения разности потенциалов, приложенной к сверхпроводникам контакта Джозефсона, необходимо измерить частоту переменного тока, проходящего через этот контакт.
Рис. 2.12 поясняет ситуацию.
На какую-либо изолирующую подложку, например на стекло, напыляется металлическая полоска - слой чистого олова. Затем следует дождаться, когда слой олова окислится, т. е. покроется пленкой SnO толщиной около 10 мкм. После этого крестообразно напыляется вторая полоска из олова. Пересечение оловянных полосок, разделенных слоем диэлектрика, образует контакт Джозефсона.
Контакт подключается согласно схеме, приведенной на рис. 2.13. Если сопротивление R велико, то мы имеем дело с источником постоянного тока, сила которого определяется величиной U0. При увеличении напряжения U0 от нуля в контакте Джозефсона наблюдается все возрастающий ток сверхпроводимости без падения напряжения на контакте (U = 0). После достижения некого критического значения тока сверхпроводимости IS на контакте возникает падение напряжения U ≠ 0 и ток перескакивает на характеристическую линию 1'-U. Если теперь уменьшать U0, то ток пойдет по линии 1'-1, т. е. имеет место явление гистерезиса. Картина повторится при изменении направления тока на обратное. Для сверхпроводящего контакта характерно наличие тока сверхпроводимости и порогового значения напряжения Eg /е, где Eg - так называемая запрещенная зона, представляющая собой важнейшую характеристику в явлении сверхпроводимости. Согласно расчетам Джозефсона при U ≠ 0 в контакте должен возникать переменный ток высокой частоты, имеющий в соответствии с формулой 2.31 частоту в несколько гигагерц (1 ГГЦ = 109 Гц). Рассматриваемый эффект может быть обнаружен, если поместить контакт Джозефсона в поле высокой частоты микроволнового волновода. Тогда наблюдается характерный ход зависимости ток - напряжение со ступенчатым увеличением тока при росте напряжения на дискретные значения ΔU, которые зависят от частоты микроволнового поля таким образом, что
Это значит, что всякий раз, когда напряжение достигает величины, при которой частота переменного тока эффекта Джозефсона является целой кратной по отношению к частоте микроволнового излучения, возникает добавочный постоянный ток, дающий скачок на вольт-амперной характеристике. Этот вывод был блестяще подтвержден экспериментом на контакте Sn -SnO- Sn при температуре перехода олова в сверхпроводящее состояние (Т =3,72 К). Джозефсоновские контакты используются во всем мире для реализации единицы напряжения (разности потенциалов). Поскольку е и h - мировые константы, эффект Джозефсона является преобразователем напряжения в частоту. Поскольку частота является самой точно измеряемой величиной и может быть воспроизведена совместно с единицей длины и времени, получается великолепная возможность сверхточного и, самое главное, независимого воспроизведения единицы одной из электрических величин. Практически разность потенциалов, воспроизводимая на контактеДжозефсона, составляет около 0,01 В. Это означает, что для воспроизведения Вольта необходимо последовательное соединение многих джозефсоновских контактов. По этой причине основу эталона Вольта обычно составляет некая структура, состоящая из нескольких контактов Джозефсона, напряжение на которой обычно компарируется с напряжением нормального элемента. При воспроизведении основной электрической единицы и использованием эффекта Джозефсона существовавшая ранее схема реализации эталона Вольта через нормальный элемент не разрушается, равно как не разрушается и не подвергается ревизии существующий эталон Ампера. Просто средства воспроизведения единиц электрических величин дополняются новыми средствами воспроизведения напряжения с точностными характеристиками значительно выше тех, которые имели место при реализации единиц электрический величин через Ампер-весы и, соответственно, через механические единицы. 2.8.   Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...  ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...  Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...  ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
(2.31)
.