Джозефсона эффект

        протекание сверхпроводящего тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника (так называемый контакт Джозефсона); предсказан на основе теории сверхпроводимости (См. Сверхпроводимость) английским физиком Б. Джозефсоном в 1962, обнаружен американскими физиками П. Андерсоном и Дж. Роуэллом в 1963. Электроны проводимости проходят через диэлектрик (обычно плёнку окиси металла толщиной Джозефсона эффект 10 А) благодаря туннельному эффекту (См. Туннельный эффект). Если ток через контакт Джозефсона не превышает определённого значения, называемого критическим током контакта, то падение напряжения на контакте отсутствует (так называемый стационарный Д. э., см. рис., в). Если же через контакт пропускать ток, бо́льший критического, то на контакте возникает падение напряжения V, и контакт излучает электромагнитные волны (нестационарный Д. э., рис., г). Частота излучения v связана с напряжением на контакте соотношением v = 2eV/h, где е — заряд электрона, h — Планка постоянная. Возникновение излучения связано с тем, что объединённые в пары электроны, создающие сверхпроводящий ток, при переходе через контакт приобретают избыточную по отношению к основному состоянию сверхпроводника энергию 2eV. Единственная возможность для пары электронов вернуться в основное состояние — это излучить квант электромагнитной энергии hv = 2eV.

         Аналогичный эффект наблюдается и в том случае, когда сверхпроводники соединены тонкой перемычкой (мостиком или точечным контактом) или между ними находится тонкий слой металла в нормальном состоянии. Такие системы вместе с контактами Джозефсона называют слабосвязанными сверхпроводниками. На основе Д. э. созданы сверхпроводящие интерферометры, содержащие две параллельно включённые слабые связи между сверхпроводниками. Особый, квантовый характер сверхпроводящего состояния приводит к интерференции сверхпроводящих токов, прошедших через слабые связи. При этом критический ток оказывается зависящим от внешнего магнитного поля, что позволяет использовать такое устройство для чрезвычайно точного измерения, до 8·10^-7—8·10^-8 a/м (10^-8—10^-9 э), магнитных полей. Имеются также возможности применения слабосвязанных сверхпроводников в качестве легко перестраивающихся в широком диапазоне частот маломощных генераторов, чувствительных детекторов, усилителей и др. приборов СВЧ- и далёкого ИК-диапазонов.

         Лит.: Лангенберг Д. Н. [и др.], Эффекты Джозефсона, «Успехи физических наук», 1967, т. 91, в. 2, с. 317; Кулик И. О., Янсон И. К., Эффект Джозефсона в сверхпроводящих туннельных структурах, М., 1970.

         Л. Г. Асламазов.

        

        Схемы экспериментов, объясняющих эффект Джозефсона: а — падение напряжения на включенном в электрическую цепь сверхпроводнике равно нулю; б — при значительной толщине диэлектрика, разделяющего сверхпроводники, тока в цепи нет, вольтметр показывает эдс батареи; в — при малом зазоре между сверхпроводниками (Джозефсона эффект 10 Å существует ток сверхпроводимости (стационарный Д. э.); г — при наличии тока в цепи и напряжения на контакте Джозефсона в нём возникает электромагнитное излучение (нестационарный Д. э.).