Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
двух пленок напылялась третья (3). Пленки / и 2 разделены достаточно
толстым слоем окиси, чтобы значительно, если не полностью, подавить
эффекты Джозефсона. Эти две пленки составляют детектор. Пленки 2 и 3
разделены тонким слоем окиси, и здесь проявляются эффекты Джозефсона. Эти
две пленки действуют как СВЧ-гене-
1 Для барьера между двумя различными сверхпроводниками напряжения,
согласно Дайему и Мартину, равны (1/е) (ei + е2 ± nhv), где е - половина
ширины щели. Механизм явления состоит в том, что Электрой, находящийся в
нормальном состоянии ниже щели и не имеющий возможности туннелировать,
может изменить свою энергию на величину, достаточную для туннелирования,
поглотив или испустив п фотонов.
310
ратор. Между пленками 3 и 1 имеется также "ложный" переход, но его
поверхность может быть сделана достаточно малой, чтобы он не сказывался
заметным образом при измерениях на постоянном токе. Это перекрытие пленок
3 и / необходимо, чтобы получить сильную связь
Слой описи.
Рис. 14.10. Схематическое изображение туннельной структуры,
использованной Живером при наблюдении нестационарного эффекта
Джозефсона.
Все пленки из олова I Phys. Rev. Lett,, 14 (1965), стр. 905, рис. 1J.
между двумя резонаторами, образованными слоями окиси между пленками 1-2 и
2-3.
При напряжении V2з, приложенном между пленками 2 и 3, возникает СВЧ-
излучение с частотой hv = 2eV22. Тогда при измерении вольт-амперной
характеристики перехода между пленками 2 и 1 получаются ступеньки тока
при напряжениях V12 = (1/е) • (2Д ± nhv) = t= (1/е) (2Д ± п2еУ2з)... На
рис. [14.11] представлена вольт-амперная характеристика для одного из
лучших образцов. Здесь можно различить ступеньки вплоть до п ~ 3...
311
Этот эксперимент подтверждает существование нестационарного эффекта
Джозефсона. Мощность СВЧ-излучения перехода оказывается довольно
заметной. В настоящее время переход может давать мощность порядка 10-7
Вт, и это не сказывается сколько-нибудь заметно на его работе".
Рис. 14 11. Вольт-ампериые характеристики детектирующего туннельного
перехода в эксперименте Живера для случаев, когда напряжение на
генерирующем переходе приложено (/) и когда оно отсутствует (2) [Phys.
Rev Lett., 14 (1965), стр. 905, рис. 2].
Еще раньше, в марте 1965 г., прямое доказательство существования
нестационарного эффекта Джозефсона было получено советскими учеными И. К.
Янсоном, В. М. Свистуновым и И. М. Дмитренко из Физико-технического
института низких температур АН УССР, о чем они сообщили в "Письмах в
ЖЭТФ". Они детектировали СВЧ-излучеиие перехода Джозефсона на частоте
2еУо/й с помощью обычных приемников СВЧ-излучения. Экк, Скалапино и
Тэйлор вместе с Д. Н. Лангенбергом пытались применить такой же метод
фактически со времени их удачного косвенного эксперимента. После работы
Янсона, Свистунова и Дмитренко стало ясно, что неудачи Экка и др.
объяснялись недостаточной чувствительностью приемного устройства. Тогда
последние
312
сконструировали новую схему и сообщили о своем успехе в журнале Physical
Review Letters в августе 1965 г. Эта статья содержит некоторые интересные
экспериментальные подробности.
"На рис. [14.12] показано в разрезе относительное расположение волновода,
туннельного перехода и магнитного поля. Ось волновода направлена по оси
г.
Рис. 14 12. Схема установки, использованной Лангенбергом, Скала-пино,
Тэйлором и Экком для непосредственного наблюдения нестационарного эффекта
Джозефсона [Phys Rev. Lett., 15 (1965), (;тр. 294, рис. 1]
Внешнее постоянное магнитное поле Я0 ориентировано в плоскости перехода
перпендикулярно оси г и создает пространственную модуляцию переменного
сверхпрово- -дящего тока Джозефсона по длине L перехода [рис. 14.12,
вставка]. Этот сверхпроводящий ток возбуждает... волну, которая
распространяется в слое изолятора вдоль оси z с фазовой скоростью с.
Таким образом, переход длиной L имеет характерные частоты ап - ticjL (п-
1, 2, 3...). Возбуждение этих мод создает
313
ступеньки на вольт-амперных характеристиках 1 при напряжениях смещения V"
- 1тп/2е ... Для переходов, использованных в этих экспериментах, L = 0,16
см, с = 0,05 с (с - скорость света), так что мода с п = 2 имеет место на
частоте 9,2 ГГц. Вставка на рис. [14.12] изображает пространственное
изменение электрического поля для этой моды, выбранной из тех
соображений, что электрические поля на концах перехода находятся в фазе и
дают когерентный вклад.
Согласно грубым оценкам, мощность, излучаемая переходом... Ризл " 5-10~12
Вт.
Для исследования этого излучения образцы помещали в волновод с
короткозамыкающим поршнем [рис. 14.12], который подстраивался извне
криостата. Излучение перехода попадало в супергетеродинный приемник 3-см
диапазона ...в котором использовался усилитель промежуточной частоты (ПЧ)
60 МГц с шириной полосы 4 МГц. Сигналы с большой амплитудой наблюдались
прямо на осциллографе. Для этого частота гетеродина модулировалась
синусоидальным напряжением частоты 100 Гц, которое одновременно управляло
