Kuchlanishni o`lchashda djozefson effektini qo`llash

KUCHLANISHNI O`LCHASHDA DJOZEFSON EFFEKTINI QO`LLASH

BAJARDI : BERDIYOROV J

TEKSHIRDI: UNG`AROV J

Djоzеfsоn effеkti
Tabiiy universal o‘lchov sistemalarini yaratishning real imkoniyatlari makroskopik kvant effektlari ochilgandan keyin paydo bo‘ldi. Bularga Xoll va Djozefsonlarning o‘ta o‘tkazuvchanlik va o‘ta oquvchanlik effektlari kiradi. Bu effektlarda juda ko‘p miqdordagi mikrozarralarning kogerentligi namoyon bo‘lishi natijasida qat`iy aniqlangan porsiyalarda kvantlanish yuz beradi. Djоzеfsоn effеkti nazariy jihatdan 1962 yilda B.Djоzеfsоn tоmоnidan оldindan aytilgan. U yuqori оquvchan tоkning ikkita yuqori o’tkazuvchan o’tkazgichlar o’rtasiga joylashtirilgan dielеktrik yoki yuqori o’tkazuvchan bo’lmagan matеrialning yupqa qatlami оrqali оqishidan ibоrat. Djozefson effekti juda ingichka dielektrik bilan ajratilgan ikki o‘ta o‘tkazgichning ulanishidan yuzaga keladi. Ma’lumki, Kulon qonuniga asosan vakuumda ikki elektron bir biridan itariladi. Qattiq jismda elektronlar bilan bir qatorda musbat zaryadlangan panjara ionlari ham mavjud. Ular elektronga tortilib, uning zaryadini neytrallashtiradi.
Yetarlicha past temperaturada ba’zi bir moddalarda elektronlarning umumiy ta’siri kuchsiz tortilishiga to‘g‘ri keladi. Bu holda elektronlar o‘zaro birikadi va kuper juftlarini hosil qiladi. Bunday juftliklar alohida elektronlardan farqli holda nol spinga ega bo‘ladi, Shuning uchun juda ko‘p miqdordagi juftliklar bir xil kvant holatida bo‘ladi. Agarda kuper juftliklarining o‘rtacha tezligi noldan farqli bo‘lsa, bu holda so‘nmaYdigan elektr toki hosil bo‘ladi, binobarin, bu o‘ta o‘tkazuvchanlik hodisasini keltirib chiqaradi. Kuper juftliklari dielektrik orqali birinchi o‘ta o‘tkazgichdan boshqasiga tunnel effekti bilan o‘tishi mumkin. Bu holda, agar juftlarning to‘lqin funksiyasi o‘ta o‘tkazgichlarda turlicha bo‘lsa, unda Djozefson o‘tishi orqali potentsiallar farqi bo‘lmaganda ham tok o‘tadi. Bu hodisa Djozefsonning statsionar effekti deb ataladi. Agar bu o‘tishni chastotasi υ bo‘lgan nurlanish bilan nurlantirsak, u holda berilgan V kuchlanishga mos kelgan υo chastota bilan mos tushganda rezonans hodisasi Yuzaga keladi. Bunday rezonans υ = υo /n, bo‘lganda amalga oshadi, bunda n – istalgan butun son, natijada o‘tishning volt-amper xarakteristikasida o‘ziga xos bo‘lgan kuchlanishning sakrab o‘zgarishi kuzatiladi (5.10-rasm). Agar bu o‘tishni chastotasi υ bo‘lgan nurlanish bilan nurlantirsak, u holda berilgan V kuchlanishga mos kelgan υo chastota bilan mos tushganda rezonans hodisasi yuzaga keladi.
Djozefson kontakti kuchlanish standarti kabi. Djozefson effekti o‘zidan juda past haroratlarda (bir necha gradus Kelvin) hosil bo‘luvchi tipik o‘ta o‘tkazuvchanlik effektini ifodalaydi. Ushbu effekt o‘ta o‘tkazgichlar juftliklarini o‘zaro tutashtirish II uchun belgilangan bo‘lib, tutashtirilgan o‘ta 95 o‘tkazgichlar o‘rtasida juda yupqa izolyator qatlami bilan, (1 nm atrofida) birbiridan ajralib turadi. Bunday tutashma Djozefson kontakti deb nom olgan. Ushbu kontaktda kuchlanish tushishi yo‘q bo‘lsa kontaktdan o‘zgarmas tok oqadi (qandaydir belgilangan tok qiymatidan kichik tok kuchida), basharti kontaktda noldan farq qiluvchi kuchlanish tushshi mavjud bo‘lganda, kontaktda yuqori chastotadagi o‘zgaruvchan tok hosil bo‘ladi. Tok chastotasi kuchlanish tushishining qiymatiga bog‘liq. Shunday qilib, Djozefson effekti kuchlanishni o‘lchash bilan bir qatorda chastotani o‘lchash imkonini beradi, ta’kidlash kerakki, katta aniqlikda o‘lchash imkonini beradi. 5.11-rasmda Djozefson kontaktining sxemasi keltirilgan. Izolyatsion asosga (masalan, yuzasi 2x2 sm2 bo‘lgan shisha plastinkaga) indiydan iborat to‘rtta kontakt yuritiladi. Dastlab shisha plastinkaning 1 va 4 nuqtalari oralog‘iga o‘ta o‘tkazgich materialidan (masalan,qalaydan) ensizgina qatlam purkaladi. Ushbu qatlamning yuzasi oksidlanib SnO qatlami hosil bo‘ladi.
Uning ustidan shu materialning o‘zidan (2 va 3 nuqtalari oralig‘iga) ikkinchi qatlam purkaladi. Ularning kesishuv yuzasi “kontakt” ni hosil qiladi. 1 va 2 nuqtalardan tokni ularga ulash uchun foydalaniladi, 3 va 4 nuqtalardan esa kuchlanishni o‘lchash uchun foydalaniladi (tokni sarf qilmagan holda). Kontakt 5.12-rasmda ko‘rsatilgan sxema bo`yicha ulanadi. Agar R 96 qarshilikning qiymati katta bo‘lsa, unda deyarli o‘zgarmas tok manbaiga ega bo‘lamiz, uning kuchi U0 kattaligi bilan o‘lchanadi. U0 kuchlanishni noldan oshira borishimiz bilan Djozefson kontaktda kuchlanish tushishi kuzatilmagan holda (U=0) tobora ortib boruvchi “o‘ta o‘tkazish toki” kuzatila boshlaydi (5.13- rasm).
O‘ta o‘tkazuvchanlik toki Is maksimal qiymatiga yetib borganda kontaktda kuchlanishning tushishi U0 yuzaga keladi va tok va h.k. ning 1-1 xarakteristik uchastkasiga o‘tadi (I∙R kattalikdagi kuchlanish tushishini hisobga olgan holda). O‘ta o‘tkazuvchanlik tokinining maksimal qiymati bir necha o‘n milliamperni tashkil etadi. Agar U0 kuchlanish yana pasaytira boshlansa, tok 11 - 1 egri chizig‘i bo‘ylab harakatlanadi, ya`ni gisterezis hodisasi mavjud bo‘ladi. Tok yo‘nalishi teskarisiga o‘zgartirilsa yuqoridagi kartina takrorlanadi (U0, Is ishorlaraning o‘zgarishi, 2 tok va 2-2 1 egrisi bo`yicha harakatlanadi). O‘ta o‘tkazuvchan kontakt uchun o‘ta o‘tkazuvchanlik toki va chegaraviy kuchlanishning mavjudligi xarakterli hisoblanadi, bu yerda Eg - o‘ziga xos ta’qiqlangan zona bo‘lib, o‘ta o‘tkazuvchanlik hodisasining juda muhim xarakteristikasi hisoblanadi. 4-jadvalda o‘ta o‘tkazuvchanlik to‘g‘risidagi ayrim ma’lumotlar keltirilgan. Ta’qiqlangan zonani sirt fotoo‘tkazuvchanlikni qo‘zg’atish orqali o‘lchash mumkin.