Лекции.Орг
 

Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника


Эталон вольта на эффекте Джозефсона



 

Эффект Джозефсона возникает в контактах двух сверхпроводников, разделенных тонким слоем диэлектрика (рис. 1.11).

 

Рисунок 1.11 - Схематическое изображение джозефсоновского перехода

 

Как известно, в вакууме электроны отталкиваются друг от друга по закону Кулона. В твердом теле, помимо электронов, имеются положительно заряженные ионы решетки. Притягиваясь к электронам, они экранируют их заряд. В некоторых веществах при достаточно низких температурах суммарное взаимодействие электронов может соответствовать их слабому притяжению. В этом случае электроны образуют так называемые куперовские пары. Такие пары, в отличие от отдельных электронов, имеют нулевой спин (т.е. подчиняются статистике Бозе). Это позволяет большому числу пар скапливаться в одном и том же квантовом состоянии. Если средняя скорость куперовских пар отлична от нуля, т.е. существует незатухающий электрический ток, то говорят, что имеет место явление сверхпроводимости.

Если приложить к двум сторонам Джозефсоновского перехода разность потенциалов U, то при туннелировании куперовской пары электронов из одного сверхпроводника в другой избыток ее энергии 2eU излучается в виде кванта света - фотона. Частота n0 этого кванта определяется законом сохранения энергии:

hn0=2eU.

Это явление называется нестационарным эффектом Джозефсона.

Если наоборот, облучать джозефсоновский переход излучения частотой n, то при совпадении этой частоты с характерной для данного напряжения U частотой n0, возникает резонансное взаимодействие. Такой же резонанс наступает при n0=n/n, где n - любое целое число, в результате чего на вольт-амперной характеристике перехода появляются особенности (рис. 1.12) в виде ступенек при напряжениях

 

 

Рисунок 1.12 - Вольтамперная характеристика джозефсоновского
перехода

 

Заряд электрона е является такой же фундаментальной физической константой, как и упоминавшиеся выше h, c, g. Величина h/2е, называемая квантом магнитного потока, значение которой определяется с большей точностью, чем значения h и е в отдельности. Поскольку частота в настоящее время является наиболее точно измеряемой величиной, точность воспроизведения напряжения с помощью эффекта Джозефсона ограничивается точностью значения h/2е. Стандартное отклонение при воспроизведении вольта составляет в настоящее время 5.10-9.

На основании эффекта Джозефсона выполнены эталоны единиц напряжения - вольта во всех промышленно развитых стран с начала 1980 г. В состав эталона обычно входит дискретный переход, возбуждаемый СВЧ- излучением на частоте 8...10 ГГц, Значение квантованного напряжения составляет при этом 4...10 мВ. Столь низкое значение воспроизводимого напряжения вынуждает включать в состав эталона масштабные преобразователи напряжения различной конструкции и нормальные элементы, приводящие к потере точности. В связи с этим, в самое последнее время были созданы интегральные схемы, включающие в себя порядка 1000 переходов Джозефсона и позволяющие воспроизводить напряжение непосредственно в 1 В и выше.

Из общефизических соображений и проведенных экспериментов следует, что стабильность эталонов на основе эффекта Джозефсона может достигать 1016, что открывает широкие перспективы для совершенствования естественного эталона вольта.

 





Дата добавления: 2015-05-08; просмотров: 242 | Нарушение авторских прав


Похожая информация:

© 2015-2017 lektsii.org.

Ген: 0.009 с.