Курсы лекций ¨
Избранные вопросы сверхпроводимости - 2. Слабая сверхпроводимость
(Л.Н. Жерихина)

  1. Введение.
    • Понятие «слабой сверхпроводящей связи».
    • Причины интереса к слабым сверхпроводящим связям.
  2. Типы слабых связей и методики их изготовления.
    • туннельные структуры (Джозефсоновские переходы)
    • структуры с непосредственной проводимостью
    • другие типы
    Системы слабых связей. Методики изготовления Джозефсоновских переходов и других слабых связей (переходы туннельного типа, точечные контакты, мостиковые контакты и др.). Методики изготовления квантовых интерферометров на основе слабых сверхпроводящих связей. Некоторые параметры слабых связей.
  3. Эффекты Джозефсона:
    1. Физические основы эффекта Джозефсона:
      • Разность фаз параметра порядка ϕ.
      • Стационарный и нестационарный эффекты Джозефсона.
    2. Вывод основных уравнений Джозефсона.
    3. Стационарный эффект Джозефсона:
      • Основные соотношения для стационарного эффекта Джозефсона.
      • Зависимость Джозефсоновского тока от магнитного поля.
      • Максимальный ток через переход как функция магнитного поля.
      • Джозефсоновская глубина проникновения.
      • Температурные зависимости критического тока Джозефсона.
      • Зависимость свойств слабых связей от геометрических размеров (толщины барьера, длины). Отклонение от закона sinϕ при росте длины.
  4. Нестационарный эффект Джозефсона.
    • Основные закономерности.
    • Случай V=Const (Переменный ток, излучение перехода, опыт Гиавера).
    • Случай V=V0+a•cosϕt (постоянная составляющая в токе).
    • Ступеньки Шапиро.
    • Высокочастотный предел нестационарного эффекта Джозефсона.
    • Другие нестационарные процессы в слабых связях (импеданс на СП участке, стимуляция сверхпроводимости СВЧ полем). Объяснение Элиашберга.
    • Обратный эффект Джозефсона.
  5. Основные параметры слабых связей разных типов.
  6. Резистивная модель Джозефсоновского перехода.
    • Условия применимости и преимущества модели.
    • Основное уравнение модели.
    • Вольтамперные характеристики (ВАХ) Джозефсоновских переходов и других слабых связей (автономный переход как емкостная нагрузка, как индуктивная нагрузка).
    • ВАХ перехода, находящегося в СВЧ поле.
    • Влияние флуктуаций на ВАХ.
    • Экспериментальное измерение ВАХ слабых связей. Дополнительные особенности на ВАХ.
  7. Вихревая модель слабых связей:
    • вихри в Джозефсоновском переходе и мостике
    • ВАХ без СВЧ поля
    • ВАХ в СВЧ поле.
    Определение параметров вихревого движения.
  8. Электродинамика слабых сверхпроводящих связей.
  9. Квантовые приборы на основе слабых сверхпроводящих связей:
    • генерация
    • преобразование (смешение)
    • спектрометр на основе перехода Джозефсона
    • детектирование электромагнитных волн с помощью слабых сверхпроводящих связей
  10. Квантовая интерференция
    • Флюксоид.
    • Переходы, включенные параллельно.
    • Максимальный ток кольца с двумя слабыми связями.
    • Характеристики интерферометра.
    • Случай не равной нулю индуктивности.
    • Учет влияния магнитного поля на сами переходы в интерферометре.
  11. Сверхпроводящий квантовый интерференционный детектор – СКВИД.
    1. Теория ПТ-СКВИДа (постоянного тока).
      • Схема ПТ-СКВИДа.
      • Основная система уравнений для ПТ-СКВИДа.
      • Параметр βс.
    2. Характеристики ПТ-СКВИДа.
    3. Принципы работы ПТ-СКВИДа.
    4. СКВИД потокозапирающей системы.
    5. Схема измерений с ПТ-СКВИДом.
    6. Практические конструкции ПТ-СКВИДов.
    7. Слабые связи и СКВИДы на основе высокотемпературных сверхпроводников.
    8. Предел чувствительности.
  12. Явления в кольце, содержащем один Джозефсоновский переход. ВЧ-СКВИД.
    1. Зависимость полного магнитного потока в кольце от внешнего потока.
    2. Гистерезисное и безгистерезисное кольца.
    3. Принципы работы высокочастотных СКВИДов.
    4. Практическая схема ВЧ-СКВИДа.
    5. Практические конструкции ВЧ-СКВИДов.
    6. ВТСП ВЧ-СКВИДы.
  13. Другие типы СКВИДов. Ресквид. Многоконтактные СКВИДы.
  14. Применения СКВИДов и сверхпроводящих слабых связей.
    • Что можно измерять с помощью СКВИДа.
    • Трансформатор потока.
    Использование СКВИДов в измерительной технике:
    • Магнитометр.
    • СКВИД-микроскоп.
    • Градиентометр.
    • Гальванометр.
    • Вольтметр на основе СКВИДа.
    • Омметр.
    • Измерение индуктивности.
    • Измерение магнитной восприимчивости.
    • Измерение теплоемкости и тепловых потоков.
    Приборы для метрологии:
    • Определение отношения заряда электрона к постоянной Планка на основе эффекта Джозефсона.
    • Стандарт Вольта.
    • Компараторы тока.
    • Высокочастотные измерения магнитных полей.
    • Измерение шумового напряжения. Термометрия.
    • Измерение частоты.
    Применения сверхпроводящих слабых связей для ЭВМ и цифровых устройств:
    • Туннельный криотрон.
    • Триггер на основе двух Джозефсоновских переходов.
    • Квантрон.
    Другие применения сверхпроводящих слабых связей:
    • изучение биомагнетизма
    • геомагнетизм, георазведка
    • светочувствительные сверхпроводящие слабые связи
  15. Уникальные физические эксперименты с использованием сверхпроводящих слабых связей.

Основная литература

  1. Солимар Л. Туннельный эффект в сверхпроводниках и его применение. М.: Мир, 1974.
  2. Кулик И.О., Янсон И.К. Эффект Джозефсона в сверхпроводящих туннельных структурах. М.: Наука, 1970.
  3. Шмидт В.В. Введение в физику сверхпроводников. М.: МЦНМО, 2000.
  4. Бароне А., Патерно Дж. Эффект Джозефсона. М.: Мир, 1984.

Дополнительная литература

  1. Слабая сверхпроводимость (квантовые интерферометры и их применения). Под ред. В.В.Шмидта. М.: Мир, 1980.
  2. Лихарев К.К. Введение в динамику джозефсоновских переходов. М.: Наука, 1985.
  3. Лоунасмаа О.В. Принципы и методы получения температур ниже 1К. М.: Мир, 1977.
  4. Лихарев К.К., Ульрих Б.Т. Системы с джозефсоновскими контактами. М.: Изд. МГУ, 1978.
  5. Физические свойства высокотемпературных сверхпроводников. Тт. 1-5. Под ред. Д.М.Гинзберга. М.: Мир, 1990-1995.
  6. Wesche R. High-Temperature Superconductors: Materials, Properties, and Applications. 1999 (456p.).

в начало