Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
поля для перехода свинец - диэлектрик - свинец при
Т = 1,3 К".
Ясно видно сходство с картиной, получаемой при дифракции света на щели
[Phys. Rev. Lett., И (1963), стр. 202, рис. 31.
Тем временем появилось первое сообщение о наблюдении нестационарного
эффекта Джозефсона. На самом деле существует множество подобного рода
эффектов, зависящих от природы приложенного электрического (иногда также
и магнитного) поля; здесь мы рассмотрим лишь некоторые из них, в первую
очередь те, которые легче интерпретировать. Прежде всего необходимо
исследовать, каким образом приложенное напряжение влияет на ток через
переход.
304
Ключ к пониманию явления лежит в том, что скорость изменения фазы
волновой функции dQ/dt содержит член, зависящий от электростатического
потенциала (см. приложение). Точнее говоря, постоянная разность
потенциалов на барьере в туннельном переходе вызывает изменение разности
фа.з б [см. уравнение (14.1)] по закону
* х . 2eV .
6 = 60 + -t,
и ток Джозефсона становится переменным с частотой 2eV/b. Величина 2е/й
равна 0,484 ГГц/мкВ. Тогда для разумных значений V (порядка нескольких
микровольт) частота лежит в диапазоне ГГц, и такой переменный ток не мог
быть замечен в экспериментах Роуэлла. Однако при надлежащем согласовании
перехода с окружающим пространством переменный ток можно непосредственно
обнаружить при помощи измерений на СВЧ. Как будет описано далее, такие
измерения действительно были выполнены, но прежде были проведены
эксперименты другого рода.
Если напряжение, приложенное к переходу, имеет и постоянную и переменную
составляющие V - - Vq + V\ cos ш/, то ситуация оказывается несколько
сложнее. В этом случае ток можно записать так:
/ = /isin(60 + + (14.2)
Приложенное переменное напряжение модулирует по частоте переменный ток,
создаваемый постоянным напряжением. Следовательно, ток можно представить
в виде суммы членов ', каждый из которых осциллирует с частотой, равной
сумме или разности частоты 2еК0/й и частот, кратных частоте приложенного
напряжения, а именно
/ 2eV0 ,
(О = - ± Шй.
Если частота ю кратна 2еУ0/й, то осциллирующая часть одного из членов
исчезает и остается член, пропорциональный sin8o, который представляет
собой постоянную
1 Члены сп = 0ип = ±1 можно вычислить простым способом. Используя
обозначение e>i = 2eV0/fr, получим уравнение (14 2) в виде j = h sin [соД
+ (2eri/Ato)sm to/ -)- во]. По формуле для синуса
305
компоненту тока. Следует отметить два обстоятельства*
1. Величина бо не зависит ни от каких внешних факторов, кроме тока, и,
таким образом, ток может изменяться при постоянном напряжении (причем
пределы этого изменения ограничены тем, что 6о всегда лежит в интервале
от -jk до -Y3t)- Этот эффект может накладываться на ток, возникающий при
одночастичном туннелировании, который первоначально изучал Живер, и,
таким образом, полученные "ступеньки" не должны быть расположены
симметрично относительно нуля тока.
Именно этот эффект наблюдал Сидней Шапиро и сообщил о нем в журнале
Physical Review Letters в июле 1963 г.
"При выполнении серии экспериментов по исследованию воздействия СВЧ-
излучения на эффект туннелирования в сверхпроводниках нам удалось в
течение последних месяцев изготовить большое количество туннельных
контактов с низким сопротивлением (5-20 Ом, площадью 1,5-10-4 см2).. В
наших экспериментах мы обнаружили несколько новых эффектов, суть которых
кратко изложена ниже.
Образцы представляли собой туннельные переходы типа А1 - AI2O3 - Sn. На
каждую из очищенных стеклянных подложек напылялись по две полоски из А1
ши-
суммы двух аргументов находим
j = i\ [sin (соjt + 60) cos sin orf) +
+ cos (coy -f 60) sin sin co^J.
Теперь предположим, что 2eFi/Au) мало (т е много меньше I), тогда sm
[(2eFi/Sco)sm со?] = (2eFi/Sco)sm (о^ и cos [(2el4//ia))sin оД] = 1,
откуда
/ ?* и [ sin (coy 4- 60) 4- ~L sin соt cos (coy 4- 60)].
Второй член в скобках можно преобразовать, используя другое
тригонометрическое тождество, в результате получим
/?*/,{ sin (coy 4- б0) 4- sin [(coy 4- со) t 4- б0] - -iglsin[(coy-co)/-
60]}.
306
риной 1,27• 10-2 см, окисленные затем в тлеющем разряде... Сверху
напылялась поперечная полоска той же ширины, и таким образом на каждой
подложке получалось по два образца.
Вольт-амперные характеристики туннельного перехода наблюдались на экране
осциллографа. Для питания цепи, состоящей из образца и измерительного
сопротивления, использовался низкоомный источник, который мог создавать в
цепи как постоянный, так и переменный ток или некоторую их комбинацию...
Изучалось... воздействие СВЧ-излучения на вольт-амперную характеристику,
особенно на ток при нулевом напряжении. Образцы помещались в СВЧ-
резонатор, имеющий при низкой температуре собственные частоты около 9300
МГц и 24 850 МГц. Все последующие эффекты не зависели от частоты
развертки напряжения и наблюдались также и в том случае, когда через
образец протекал постоянный ток.
1. На рис. [14.8] показан пример воздействия СВЧ-излучения с частотой
