Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
9300 МГц на вольт-амперную характеристику для типичного образца *. В
отсутствие СВЧ-излучения полученная зависимость (верхняя осциллограмма)
подобна... зависимости [для случая постоянного тока]. Однако излучение
мощностью в несколько десятых долей микроватта вызывает неустойчивость
картины при нулевом напряжении [средняя осциллограмма] и возникновение
горизонтальных (или почти горизонтальных) участков - ступенек, вдоль
которых ток возрастает при постоянных (или почти постоянных) значениях
напряжения на образце [нижняя осциллограмма]. Напряжения, при которых
имеют место эти горизонтальные ступеньки, равны ±/iv/2e, где v -^частота
СВЧ-излучения... С увеличением СВЧ-мощности при больших напряжениях
появляются новые ступеньки ,(на рисунке не показаны)... Расстояние от
одной ступеньки до другой не всегда составляет hv/2е; иногда какая-то из
них не проявляется, и тогда расстояние оказывается равным hvje.
2. На рис. [14 8] видна другая поразительная особенность воздействия СВЧ-
излучения на сверхпроводящий
1 На рис. 14 8 и 14 9 ток отложен по оси абсцисс, а напряжение- по оси
ординат в отличие от рис. 14.1, 14 5, 14.6, 14.11, где расположение осей
обратное.
307
туннельный ток. На нижней осциллограмме начало координат уже не является
стабильным состоянием, и система может быть смещена по напряжению
(например, на +/iv/2е) не только тогда, когда через переход протекает
положительный ток, но и когда ток равен
Рис 14.8 Влияние СВЧ-излучения на вольт-амперную характеристику
туннельного перехода.
Ток отложен по оси абсцисс, напряжение -по оси ординат. Стрелки указывают
начала координат для каждой кривой [Phys. Rev, Lett." 11 (1963), стр 81.
рис. 2J.
нулю и - что еще более удивительно - даже когда ток протекает в обратном
направлении, т. е. когда он отрицателен.
3. Подобные эффекты имеют место при частоте излучения 24 000 МГц. На
рис. [14.9] видны многочисленные ступеньки при частотах 9300 МГц (Л) и 24
850 МГц (В), которые наблюдаются при средних уровнях мощности излучения.
Джозефсон... предсказал существование горизонтальных ступенек на вольт-
амперной характеристике, разделенных на hv/2e одна от другой, в
присутствии высокочастотного поля... Наши эксперименты подтвердили это
предсказание и явилась косвенным доказа-
308
тельством реального существования переменного сверхпроводящего
джозефсоновского тока".
Были предложены и другие косвенные методы наблюдения нестационарного
эффекта Джозефсона. Например, слой диэлектрика в туннельном переходе сам
может служить СВЧ-резонатором: если его собственная
Рис. 14 9 ступеньки, возникающие на вольт-амперных характеристиках
туннельных переходов под действием СВЧ-излучения.
Частоты 9300 МГц (Л) и 24 850 МГц (В). Для случая A ftv/e=38,5 мкВ и
масштаб по оси ординат 58,8 мкВ/см. Для случая В ftv/e= 103 мкВ и масштаб
по оси ординат 50 мкВ/см {Phys. Rev. Lett., 11 (1963), стр. 82, рис. 3].
частота при изменении приложенного постоянного напряжения и магнитного
поля совпадает с частотой Джозефсона, то результирующая стоячая волна
будет заметным образом влиять на постоянный ток. Такой эффект наблюдался
в 1963 г. Миланом Д. Фиске из исследовательской лаборатории фирмы
"Дженерал электрик". Фиске предположил, что "возможно, ступеньки связаны
с модами возникающих переменных токов, которые, согласно теории
Джозефсона, появляются в переходе при ненулевых постоянных напряжениях",
но, в;ак он признался, вопрос "пока еще до конца не йсен". Этот эффект
был точно установлен в 1965 г.
309
P. E. Экком, Д. Дж. Скалапино, Б. Н. Тэйлором из Пенсильванского
университета и Д. Д. Куком и Фиске из "Дженерал электрик". Однако
непосредственное наблюдение нестационарного эффекта все еще осложнялось
трудностью согласования на СВЧ туннельного перехода с измерительной
цепью. В мае 1965 г. Живер сообщил в журнале Physical Review Letters о
частичных успехах в этом направлении.
"...Мне удалось детектировать электромагнитное излучение [перехода],
используя в высшей степени необычный анализатор спектра. [Али] Дайем и
[Р. Дж.] Мартин [из лаборатории фирмы "Белл телефон"] показали, что когда
на обычный туннельный переход, состоящий из двух одинаковых
сверхпроводников, действует СВЧ-поле, то при напряжениях, равных (1/е)-
(2Д±n/iv), где v - частота СВЧ-излучения, 2А - энергетическая щель
сверхпроводников *, возникают ступеньки тока. Таким образом,
сверхпроводящий туннельных переход в действительности является
анализатором спектра с малым разрешением.
Рассмотрим теперь экспериментальное устройство, показанное схематически
на рис. [14.10]. Вначале на стеклянную подложку напылялась пленка Sn (на
рис. обозначена цифрой 1). Эту пленку на ночь оставляли на воздухе в
лаборатории, с тем чтобы на ней образовался толстый слой окиси. Затем
поверх первой пленки напылялась такая же вторая (2), так что в плане они
образовали букву Т. Вторая пленка также окислялась на воздухе в течение
5-30 мин, чтобы образовался тонкий слой окиси. И наконец, поверх первых
