1-tema: Kirisiw. Asaótkizgishlerdiń uliwmaliq qa’siyetleri

Djozefson effektlari

Asaótkizgishlerde tunnel effektiniń ashılıwı hám onı dıqqat penen tekseriw tómen temperaturalar fizikasida eń za’ru’rli waqıyalardan biri bolıp tabıladı. Biz bul bandte taǵı bir qızıq effekt Djozefson effektleri menen tanıwamız. T=0 K temperaturada fermi sırtına yaqin bolǵan barlıq elektronlar juptlanadi dep esaplaw múmkin. Bul juplıqlardıń impulsi nólge teń. Spinlari bolsa pútin san. Impuls fazasinda bunday ≪alis tártip≫ ti bolıwı óz gezeginde koordinata fazasinda da korrelatsiya payda bolıwına alıp keledi. Juplıqlardıń tolqın funksiyalarınıń effektiv jayılıwın kogerent uzınlıǵı yamasa juplıq olshemi 10^-6 m tártibinde boladi. Ápiwayı tunnel effektleri juplıqtaǵı elektronlardiń úziliwi hám bólek elektronlardi bir metalldan ekinshi metallǵa ótiwi menen xarakterlenedi. Juplıqtı úziw ushın kerek bolǵan energiya juplıqtı baylanıs energiyasına teń. Bir zarrali tunnel effektler bosaǵaǵa iye: shekli kernew qoyılǵanda ǵana tunnel tok óte baslaydı. Bunnan tikkeley asaótkizgishti energetikalıq sańlaq ma`nisin olshew múmkin. Djozefson effekti kerisinshe bir asaótkizgishtiń tiykarǵı jaǵdayındaǵı (Fermi qáddinen) elektron juplıqlar basqa asaótkizgishti Fermi sırtına tunnel ótiwin xarakterleydi.1962-jılda jas ingliz fizigi Brayan Djozefson asaótkizgishlerdegi tunnel effektti teoriyalıq tárepten tereń úyrenip, eki jańalıq ashtı: juqa dielektrik qatlam menen ajıratılǵan eki asaótkizgishten quralǵan tunnel kontaktda potensial ayırma nólge teń bolsın hám turaqlı tok ótiwi múmkin. Bul hádiysege Djozefsonnıń statsionar effekti dep ataladı. Tunnel kontaktning bir tárepinde kontaktti basqa tárepinde turǵan asaótkizgishke pútin halda juplıq ótkeni ushın bul juplıqtı buzıwǵa energiya sarp etilmegenligi sebepli metallar asındaǵı potensial energiya nólge teń bolsın hám tunnel kontaktten tok ótedi (29.17-súwret)

Djozefson tunnel kontaktiniń volt-amper xarakteristikası 29.18-súwrette keltirilgen. Súwrettegi V=0 daǵı vertikal sızıqsha Djozefsonniń munasábetinen kelip shıǵatuǵın tok bolıp tabıladı. Eger bir ótkizgishtiń fazasi ₁, ekinshi ótkizgishtiń fazasi ₂ bolsın hám olar shama menen bir nm ge teń bolǵan juqa dielektrik menen ajıratılǵan bolsın (29.18-súwret), ol halda kvant mexanika nızamlarına muwapıq izolatordıń juqa qatlamında tok tunnel ótedi. Bul tok tolqın funksiya járdeminde anıqlanadı. 29.19-súwrettegi kontaktta faza ayırmashılıǵı bolǵanda sırtqı kernew qoyılmaǵan bolsın hám oǵada ótkiziwsheń tok ótedi hám toktıń tıǵızlıǵı

Usı hádiysege Djozefsonniń statsionar effekti dep ataladı. Bul effekt tolqın funksiyanıń kvant xarakteristaksi bolǵan faza menen xarakterlenedi.

xarakteristikalarinda Giaver ózi olǵan volt-amper xarakteristikalarında sızıqshanı kórgen, lekin bul grafiklerdi metall kópirshelerdiń qısqa jalǵanıwınan bolsa kerek dep, olardı tastap jibergen. Intuitiv ayqın kórinedi, bul effektti baqlaw ushın izolatsiya qatlamı keńligi kogerent uzınlıqtan kishi bolıwı kerek. Áne sonda eki metalldıń tolqın ınfunksiyaları arasında qaplaniw júz beredi hám asaótkizgish juplıqlar arasında almasıw júz beredi. Ámeliy tárepten bul hádiyse 10-20 angestrem rejiminde boladi. Djozefsonniń statsionar effekti 1963-jılda Anderson hám Rouel tárepinen eksperimental baqlandı. Izolator qatlamınan ótken tolıq tok (bir neshe milliamper) di magnit maydanǵa baylanıslılıǵı bolsa úziliksiz tákirarlanatuǵın xarakterge iye ekenligi anıqlandi (29.20-súwret). Kórinip turıptı, olda, bul eksperimentte de magnit aǵımınıń kvantlanıw hádiysesine dus keldik. Kontaktda pútin sanǵa eseli F₀ magnit aǵım qoyılǵanda tok joytıladı, yarım pútin F₀ qoyılǵanda tok eń úlken bahaǵa iye boladı (29.20 -súwret).

Kvant sanların artıwı menen grafiktegi maksimumlarǵa tuwrı kelgen toklar da azayadı. Elektronlar jupliǵi bir ótkizgishten ekinshi ótkizgishte ótiwi nólden parıqlı bolǵan potensial ayırmalarda da bolıwı múmkin. Onıń ushın elektronlar jupliǵi alǵan yamasa joytqan energiya 2eV qa teń bolıwı kerek. Eger