Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
параметр Гинзбурга — Лаидау х= ЛД; у С. п. р. х < 1/^2. Переходы между нормальным и сверхпроводящим состоянием в маги, поле у С. п. р. являются фазовыми переходами 1-го рода. При охлаждении образца С. п. р., помещённого в маги, поле, происходит выталкивание маги, потока за счёт движения доменных границ. Если такое движение затруднено неоднородностями образца, то происходит «замораживание* маги, потока; в таком неравновесном состоянии может наблюдаться неполный эффект Мейсиера. Практически все чистые металлы за исключением Nb относятся
It I* TT JLX р
СВЕРХП^ОВОДНИКОВЫЕ ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ — приёмные устройства, основанные на изменении состояния сверхпроводника (или системы сверхпроводников) под действием излучения. Использование сверхпроводников, обладающих малым уровнем шума и сильно нелинейными свойствами, позволяет достигнуть высокой чувствительности С. п. и., приближающейся к теоретич. (квантовому) пределу. Наиб, распространение получили след, виды С. п. н.: сверхпроводниковые болометры, приёмники на основе Джозефсона эффекта (туннелирование спаренных электронов) и приёмники на основе одночастичного туннелирования-
Чувствительным элементом (ЧЭ) сверхпройодниково-го болометра (СБ) является сверхпроводящая плёнка (СП), находящаяся при темп-ре, фиксированной иа крутом участке кривой перехода плёнки из нормального в сверхпроводящее состояние (рис. 1). Незначит. нагрев плёнки (иа ~10-4 К) потоком эл.-магн. излучения
Ряс. 1. Температурная зависимость сопротивления Плёнки R при переходе её ¦а нормального в сверхпроводящее состояние. Я и— сопротивление плёнки в нормальном состоянии. Под действием излучения температура плёнки увеличивается ва ДГ, её сопротивление на
дя.
Ряс. 2. Схема основного узла составного сверхпроводящего болометра: 1 — сверхпроводящая плёнка из Al; 2 — сапфировая подложка; J — плёнка из Bi; 4 — нейлоновые нити; 5 — медная рамка; 6 — висмутовый нагреватель подложки; 7 — контакты из In.
вызывает заметное изменение её сопротивления и напряжения на ней (при фиксиров. токе), к-рое и регистрируется малошумящим усилителем. Чувствительность Сь пропорциональна крутизне кривой перехода и поэтому использование материалов с узкими сверхпроводящими переходами является предпочтительным. СП должна удовлетворять и другим, часто противоречивым требованиям: высокое уд. сопротивление в нормальном состоянии, малая толщина, слабая зависимость чувствительности от частоты излучения, малая теплоёмкость и др.
‘ Для достижении высокой чувствительности наиб, выгодным оказалось разделение ф-ций поглощения излучения к реагирования иа вызываемый им нагрев. Этот принцип реализован в т. п. составном болометре, йростейшая схема к-рого представлена иа рис. 2. В этом болометре ЧЭ (Ї) — СП из Al. Она нанесена иа одну из сторон тонкой сапфировой подложки (2), с др. стороны подложки нанесена плёнка Bi (5), поглощающая излучение. Подложка подвешена на тонких нейлоновых нитях (4), к-рые крепятся к массивной медной
рамке (5) — «термостату* с большой постоянной времени (т ~ 10 с). Висмутовая гіленка имеет значит, сопротивление и высокий коэф. поглощения, величина к-рого практически не зависит от длины волны излучения. Находящаяся в хорошем тепловом контакте с ней плёнка Al обладает узким сверхпроводящим переходом (AT ~ IO-8 К) и обеспечивает высокий коэф. преобразования. Включение СП в измерительную схему осуществляется при помощи тонких плёнок из индия, нанесённых на нейлоновые нити (4).
СБ работает в режиме прямого детектирования излучения, к-рое обычио модулируется с НЧ (~10 Гц). Пороговая чувствительность Pa СБ, т. е. мощность, вызывающая изменение напряжения на плёнке, равное среднеквадратичному шумовому напряжению на ней (см. Шумы в радиоэлектронике), определяется шумом ЧЭ. На практике в высокочувствит. СБ оси. шум обусловлен термодинамич. флуктуациями темп-ры при переносе теплоты от ЧЭ к термостату. Этот шум обычио превосходит джонсоновский шум (белый шум) активного сопротивления плёнки, а также шум, вызываемый флуктуациями фонового излучения. В этом случае Pn яй (4kT2G)lj>t, где G — коэф. тепловой связи ЧЭ с термостатом. Постоянная времени СБ определяется соотношением і = С/G, где С — теплоёмкость ЧЭ. С учётом этого Pti ~ T-1 и ухудшается при уменьшении т, а при фиксированном т она улучшается с уменьшением С.
Высокочувствительными считаются СБ с Pa = IO-12— IO"14 Вт/Гц1^1, обладающие довольно значит, инер-
ционностью (т) = IO-1—10~4 с. Чувствительность описанного выше составного болометра достигает Pn = = 310~16 Вт/Гц1^1 при частоте модуляции 2 Гц. Для увеличения быстродействия С Б (ведущего к соответствующей потере чувствительности) СП наносится на массивную подложку через теплоизолирующую прослойку, либо СП находится в тепловом контакте с жидким гелием, что обеспечивает быстрый отвод от неё теплоты. Постоянная времени таких СБ уменьшается до 10-2—10“10 с, а Рп~ IO-2—IO-12 Вт/Гц1^*.
Действие приёмников излучения с джозефсоновскнми переходами (ДП) основывается иа видоизменении нелинейных вольт-амперных характеристик (ВАХ) этих переходов под действием эл.-магн. излучения. На рис. 3 схематически представлена BAX ДІЇ с непо-средств. проводимостью (мостик, точечный контакт) как в отсутствие, так.и при наличии виеш. излучения.
