Джозефсона ефект
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Джозефсона ефект

Джозефсона ефект, протікання надпровідного струму через тонкий шар діелектрика, що розділяє два надпровідники (так званий контакт Джозефсона); передбачений на основі теорії надпровідності англійським фізиком Б. Джозефсоном в 1962, виявлений американськими фізиками П. Андерсоном і Дж. Роуеллом в 1963. Електрони провідності проходять через діелектрик (зазвичай плівку окислу металу завтовшки ~ 10 А) завдяки тунельному ефекту . Якщо струм через контакт Джозефсона не перевищує певного значення, званого критичним струмом контакту, то падіння напруги на контакті відсутнє (так званий стаціонарний Д. е., див.(дивися) мал.(малюнок) , в). Якщо ж через контакт пропускати струм, більший критичного, то на контакті виникає падіння напруги V , і контакт випромінює електромагнітні хвилі (нестаціонарний Д. е., мал.(малюнок) , г). Частота випромінювання v пов'язана з напругою на контакті співвідношенням v = 2 ev/h , де е — заряд електрона, h Планка постійна . Виникнення випромінювання пов'язане з тим, що об'єднані в пари електрони, що створюють надпровідний струм, при переході через контакт набувають надлишкової по відношенню до основного стану надпровідника енергії 2 ev . Єдина можливість для пари електронів повернутися в основний стан — це випромінювати квант електромагнітної енергії hv = 2 ev .

  Аналогічний ефект спостерігається і у тому випадку, коли надпровідники сполучені тонкою перемичкою (містком або точковим контактом) або між ними знаходиться тонкий шар металу в нормальному стані. Такі системи разом з контактами Джозефсона називають слабозв'язаними надпровідниками. На основі Д. е. створені надпровідні інтерферометри, що містять дві паралельно включені слабкі зв'язки між надпровідниками. Особливий, квантовий характер надпровідного стану приводить до інтерференції надпровідних струмів, що пройшли через слабкі зв'язки. При цьому критичний струм виявляється залежним від зовнішнього магнітного поля, що дозволяє використовувати такий пристрій для надзвичайно точного виміру, до 8·10 -7 —8·10 -8 а/м (10 -8 —10 -9 е ), магнітних полів. Є також можливості вживання слабозв'язаних надпровідників як легкий частот малопотужних генераторів, що перебудовуються в широкому діапазоні, чутливих детекторів, підсилювачів і ін. приладів СВЧ(надвисокі частоти) - і далекого гик-діапазонів.

  Літ.: Лангенберг Д. Н. [і ін.], Ефекти Джозефсона, «Успіхи фізичних наук», 1967, т. 91, ст 2, с. 317; Кулик І. О., Янсон І. До., Ефект Джозефсона в надпровідних тунельних структурах, М., 1970.

  Л. Р. Асламазов.

Схеми експериментів, що пояснюють ефект Джозефсона: а — падіння напруги на включеному в електричний ланцюг надпровіднику дорівнює нулю; б — при значній товщині діелектрика, що розділяє надпровідники, струму в ланцюзі немає, вольтметр показує едс(електрорушійна сила) батареї; у — при малому зазорі між надпровідниками (~ 10  існує струм надпровідності (стаціонарний Д. е.); г — за наявності струму в ланцюзі і напруги на контакті Джозефсона в нім виникає електромагнітне випромінювання (нестаціонарний Д. е.).