89.pdf

ÍÀÓÊÀ È ÒÅÕÍÈÊÀ

àìåòðîì ïîðÿäêà 10 -7 ñì), ñîñòîÿùèìè

èç íîðìàëüíîé ôàçû ìåòàëëà è îðèåí-

òèðîâàííûìè ïî ïîëþ Í. ×åðåç êàæäóþ

òàêóþ íèòü (àáðèêîñîâñêèé âèõðü)

â ìåòàëë ïðîíèêàåò ðîâíî îäèí êâàíò

ïîòîêà ìàãíèòíîãî ïîëÿ Ô c . Òàêèì îáðà-

çîì, âíåøíåå ìàãíèòíîå ïîëå ïðèñóòñò-

âóåò â îáðàçöå, õîòÿ â ïðîñòðàíñòâå

ìåæäó âèõðÿìè ñâåðõïðîâîäèìîñòü ñî-

õðàíÿåòñÿ è, ñëåäîâàòåëüíî, ñîïðîòèâ-

ëåíèå îáðàçöà îñòàåòñÿ ðàâíûì íóëþ.

Ñ óâåëè÷åíèåì Í ÷èñëî âèõðåé ðàñòåò,

à ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè óìåíüøàåòñÿ,

ò. å. âíåøíåå ïîëå êàê áû ñæèìàåò ðå-

øåòêó âèõðåé äî òåõ ïîð, ïîêà îíè íå ñî-

ëüþòñÿ è íå ïðîèçîéäåò ïîëíîå ðàçðó-

øåíèå ñâåðõïðîâîäèìîñòè ïðè Í=Í c2

(âòîðîå êðèòè÷åñêîå ïîëå). Âåëè÷èíà Í c2

ñîñòàâëÿåò äåñÿòêè Òë. Òîëüêî ïîñëå îò-

êðûòèÿ ñâåðõïðîâîäíèêîâ 2-ãî ðîäà,

ïðåîäîëåâ îãðîìíûå òðóäíîñòè, èíæåíå-

ðû è òåõíîëîãè ñîçäàëè ìîùíûå ìàãíè-

òû, êîòîðûå ïîçâîëÿþò ïîëó÷èòü ïîñòî-

ÿííûå ïîëÿ íàïðÿæåííîñòüþ äî 20 Òë.

Âàæíûìè ñâîéñòâàìè ñâåðõïðîâîäè-

ìîñòè ÿâëÿþòñÿ êâàíòîâàíèå ìàãíèòíî-

ãî ïîòîêà, à òàêæå òî, ÷òî ñâåðõïðîâîäè-

ìîñòü íàñòóïàåò, êîãäà ýëåêòðîíû îáúå-

äèíÿþòñÿ ïîïàðíî.

Îñòàíîâèìñÿ åùå íà îäíîì óäèâè-

òåëüíîì ýôôåêòå, êîòîðûé ïîñëóæèë

îñíîâîé äëÿ ïðèìåíåíèÿ ñâåðõïðî-

âîäíèêîâ â ñèñòåìàõ ñâÿçè, â ýëåêòðî-

íèêå, èíôîðìàòèêå, ïðèáîðîñòðîåíèè.

Â 1962 ã. Áðàéàí Äæîçåôñîí, òîãäà åùå

ñòóäåíò-äèïëîìíèê Êåìáðèäæñêîãî

óíèâåðñèòåòà, áóêâàëüíî íà êîí÷èêå

ïåðà ïðåäñêàçàë çàìå÷àòåëüíîå ÿâëå-

íèå â ñâåðõïðîâîäíèêàõ. Îïèðàÿñü íà

÷èñòî òåîðåòè÷åñêèé àíàëèç, îí ïðèøåë

ê âûâîäó, ÷òî ñâåðõïðîâîäÿùèé òîê, îï-

ðåäåëÿåìûé ïàðàìè ýëåêòðîíîâ, ìîæåò

ïðîòåêàòü, èëè òóííåëèðîâàòü, ÷åðåç

ïëåíêó èçîëÿòîðà, ðàçäåëÿþùóþ äâà

ñâåðõïðîâîäíèêà, åñëè òîëùèíà åå íå-

çíà÷èòåëüíà. Îí ïðåäñêàçàë äâà ÿâëå-

íèÿ, êîòîðûå âñêîðå áûëè ïîäòâåðæäå-

íû ýêñïåðèìåíòàëüíî è íàçûâàþòñÿ òå-

ïåðü ýôôåêòàìè Äæîçåôñîíà,

à îáëàñòü êîíòàêòà äâóõ ñâåðõïðîâîäíè-

êîâ íàçûâàþò äæîçåôñîíîâñêèì ïåðå-

õîäîì. Ñ òå÷åíèåì âðåìåíè óñòðîéñòâà

íà îñíîâå äæîçåôñîíîâñêèõ ïåðåõîäîâ

íàøëè øèðî÷àéøåå ïðèìåíåíèå

â ñâåðõïðîâîäíèêîâîé ýëåêòðîíèêå,

à ñàì Á. Äæîçåôñîí áûë óäîñòîåí Íî-

áåëåâñêîé ïðåìèè.

Òàêîé ýôôåêò íàáëþäàåòñÿ, åñëè

ìåæäó äâóìÿ ñâåðõïðîâîäíèêàìè ñî-

çäàòü äîñòàòî÷íî òîíêóþ ïðîñëîéêó èç

èçîëÿòîðà, ïîëóïðîâîäíèêà èëè ìåòàë-

ëà â íîðìàëüíîì ñîñòîÿíèè ëèáî ñîåäè-

íèòü èõ î÷åíü óçêèì è êîðîòêèì ïåðå-

øåéêîì (ïëåíî÷íûé ìîñòèê èëè òî÷å÷-

íûé êîíòàêò), ëèáî íàíåñòè ïîïåðåê

òîíêîé ñâåðõïðîâîäÿùåé ïëåíêè óçêóþ

ïîëîñêó íîðìàëüíîãî ìåòàëëà, ñëî-

âîì, ñîçäàòü ñòðóêòóðó èç ñëàáîñâÿçàí-

íûõ ñâåðõïðîâîäíèêîâ (ðèñ. 4,à). Ýô-

ôåêò, íàçûâàåìûé ñòàöèîíàðíûì ýô-

ôåêòîì Äæîçåôñîíà, çàêëþ÷àåòñÿ

â òîì, ÷òî òîê, ïðîïóñêàåìûé ÷åðåç ïå-

ðåõîä, òå÷åò, íå ñîçäàâàÿ ïàäåíèÿ íà-

ïðÿæåíèÿ íà ïåðåõîäå, ò. å. îí ñîäåðæèò

ñâåðõïðîâîäÿùóþ êîìïîíåíòó.

Åñëè âåëè÷èíà ïðîïóñêàåìîãî òîêà

ïðåâûøàåò íåêóþ êðèòè÷åñêóþ âåëè÷è-

íó, ïåðåõîä îáðåòàåò àêòèâíîå ñîïðî-

òèâëåíèå è èíäóêòèâíîñòü è, ñëåäîâà-

òåëüíî, íà íåì âîçíèêàåò ðàçíîñòü ïî-

òåíöèàëîâ.

÷åíèå òðóäíî âûâåñòè íàðóæó èç ïåðå-

õîäà, íàõîäÿùåãîñÿ â æèäêîì ãåëèè,

äà è ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ äëÿ ýòîãî

ñëèøêîì ìàëà òðèëëèîííûå äîëè

âàòòà. Îäíàêî â íàñòîÿùåå âðåìÿ äæî-

çåôñîíîâñêèå ïåðåõîäû óñïåøíî èñ-

ïîëüçóþòñÿ â êà÷åñòâå ñàìûõ ÷óâñòâè-

òåëüíûõ ïðèåìíèêîâ ýëåêòðîìàãíèòíî-

ãî èçëó÷åíèÿ â ìèëëèìåòðîâîì

è ñóáìèëëèìåòðîâîì äèàïàçîíàõ äëèí

âîëí. Ñ ïîìîùüþ òàêèõ ïðèåìíèêîâ, óñ-

òàíîâëåííûõ íà ðàäèîòåëåñêîïàõ, èñ-

ñëåäóþòñÿ óäàëåííûå èñòî÷íèêè ðà-

äèîèçëó÷åíèÿ Âñåëåííîé. Îíè íàøëè

ïðèìåíåíèå, â ÷àñòíîñòè, íà ðàäèîòå-

ëåñêîïàõ â Ðîññèè è ïîçâîëèëè íà ïîðÿ-

äîê ïîâûñèòü ÷óâñòâèòåëüíîñòü ïðèåì-

íûõ ñèñòåì.

Óæå ñîçäàíû ïðèåìíûå óñòðîéñòâà

ðàçëè÷íîãî íàçíà÷åíèÿ. Òàê, ðàäèîïðè-

åìíèêè äëÿ ðàäèîàñòðîíîìè÷åñêèõ

è ýêîëîãè÷åñêèõ íàáëþäåíèé ïðÿìîãî

äåòåêòèðîâàíèÿ èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ðåãè-

ñòðàöèè øèðîêîïîëîñíîãî èçëó÷åíèÿ,

èõ ÷óâñòâèòåëüíîñòü äîñòèãàåò îäíîé

ñîòîé Ê. Îíè ïðåäíàçíà÷åíû â îñíîâ-

íîì äëÿ ïîèñêà è ðåãèñòðàöèè îáúåêòîâ

ñëàáîãî ðàäèîèçëó÷åíèÿ, òàêèõ, íàïðè-

ìåð, êàê ãàçîïûëåâûå îáëàêà, ñâÿçàí-

íûå ñ ïðîöåññîì ôîðìèðîâàíèÿ çâåçä

è ïëàíåòíûõ ñèñòåì.

Êîãåðåíòíûå ðàäèîïðèåìíèêè, â ñî-

ñòàâ êîòîðûõ âõîäÿò ãåòåðîäèííûå ñìå-

ñèòåëè è ïàðàìåòðè÷åñêèå ïðåäóñèëè-

òåëè, ñëóæàò â ðàäèîàñòðîíîìèè äëÿ

ïðèåìà óçêîïîëîñíîãî èçëó÷åíèÿ

è ïðåäíàçíà÷åíû, íàïðèìåð, äëÿ îïðå-

äåëåíèÿ ìîëåêóëÿðíûõ ëèíèé. Íàèáî-

ëåå øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷è-

ëè ãåòåðîäèííûå ïðèåìíèêè ñî ñìåñè-

òåëÿìè íà îñíîâå òóííåëüíûõ

ïåðåõîäîâ ÑÈÑ (ÑÈÑ ñâåðõïðîâîä-

íèêèçîëÿòîðñâåðõïðîâîäíèê).

Ñâåðõìàëîøóìÿùèå ÑÈÑ-ñìåñèòåëè, ðà-

áîòàþùèå ïðè òåìïåðàòóðå æèäêîãî ãå-

ëèÿ, ÿâëÿþòñÿ íàèëó÷øèìè âõîäíûìè óñ-

òðîéñòâàìè â äèàïàçîíå 1001000 ÃÃö.

Èõ øóìîâàÿ òåìïåðàòóðà îãðàíè÷èâàåò-

ñÿ òîëüêî ôóíäàìåíòàëüíûì êâàíòîâûì

ïðåäåëîì.

Â íàñòîÿùåå âðåìÿ òàêèå ïðèåìíèêè

ðàáîòàþò íà ðàäèîòåëåñêîïàõ è èíòåð-

ôåðîìåòðàõ ìèëëèìåòðîâîãî äèàïàçî-

íà ïî ìåíüøåé ìåðå â øåñòè îáñåðâàòî-

ðèÿõ ìèðà è ñëóæàò äëÿ ïîëó÷åíèÿ öåí-

íûõ àñòðîíîìè÷åñêèõ äàííûõ.

Òîíêîïëåíî÷íûå òóííåëüíûå ÑÈÑ-

ïåðåõîäû ñîâìåñòèìû ñ äðóãèìè ñâåðõ-

ïðîâîäíèêîâûìè êîìïîíåíòàìè ïðèåì-

íèêà, èçãîòàâëèâàåìûìè ñ ïîìîùüþ ëè-

òîãðàôèè. Â Èíñòèòóòå ðàäèîòåõíèêè

è ýëåêòðîíèêè ÐÀÍ (ÈÐÝ) ñîçäàí è ïðî-

õîäèò èñïûòàíèÿ ïîëíîñòüþ ñâåðõïðî-

âîäíèêîâûé èíòåãðàëüíûé ïðèåìíèê

ñóáìèëëèìåòðîâûõ âîëí (400500 ÃÃö).

Â ýòîì ïðèåìíèêå ñîâìåñòíî ðàáîòàþò

ñîãëàñóþùèå óñòðîéñòâà, ÑÈÑ-ñìåñè-

òåëü, ãåíåðàòîð ãåòåðîäèíà íà äæî-

çåôñîíîâñêèõ ïåðåõîäàõ è äðóãèå

ñâåðõïðîâîäÿùèå ýëåìåíòû. Ñîâìå-

ñòíî ñ Èíñòèòóòîì êîñìè÷åñêèõ èññëå-

äîâàíèé Ãîëëàíäèè â ÈÐÝ âåäóòñÿ ðà-

áîòû ïî êîíñòðóèðîâàíèþ ìàòðèöû òà-

êèõ ïðèåìíèêîâ ðàçìåðàìè 3õ3

ýëåìåíòà, êîòîðóþ ïðåäïîëàãàåòñÿ

óñòàíîâèòü íà åâðîïåéñêîì êîñìè÷åñ-

êîì ðàäèîòåëåñêîïå, ïëàíèðóåìîì

ê çàïóñêó â 2005 ã.

Ðèñ. 2. Ýôôåêò Ìåéñíåðà â øàðå èç

ñâåðõïðîâîäíèêà: òðè Ò>Ò c (øàð â

íîðìàëüíîì ñîñòîÿíèè) ñèëîâûå

ëèíèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ ïðîíèêàþò â

ñâåðõïðîâîäíèê; ïðè Ò<Ò c (øàð â

ñâåðõïðîâîäÿùåì ñîñòîÿíèè) ìàã-

íèòíîå ïîëå ïîëíîñòüþ âûòàëêèâà-

åòñÿ èç øàðà

Ðèñ. 3. Ñìåøàííîå ñîñòîÿíèå øàðà

ñâåðõïðîâîäíèêà 2-ãî ðîäà ïðè

âåëè÷èíå ìàãíèòíîãî ïîëÿ

Í c1 < Í < Í c2 ; Ò < Ò c

Äæîçåôñîí ïðåäñêàçàë åùå áîëåå óäè-

âèòåëüíûé ýôôåêò: ïðè ïîÿâëåíèè ïî-

ñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ U ÷åðåç ïåðåõîä

äîëæåí ïðîòåêàòü âûñîêî÷àñòîòíûé ïå-

ðåìåííûé òîê, èçëó÷àþùèé ýëåêòðîìàã-

íèòíûå âîëíû ñ ÷àñòîòîé â äåñÿòêè

è ñîòíè ãèãàãåðö. Ýòîò ýôôåêò çàðåãèñ-

òðèðîâàí íåñêîëüêî ïîçäíåå è ïîëó÷èë

íàçâàíèå íåñòàöèîíàðíîãî ýôôåêòà

Äæîçåôñîíà.

Îáíàðóæåíèå âûñîêî÷àñòîòíîãî èç-

ëó÷åíèÿ ðàäèîâîëí ïðè íåñòàöèîíàð-

íîì ýôôåêòå Äæîçåôñîíà îòêðûëî øè-

ðîêèå âîçìîæíîñòè åãî èñïîëüçîâàíèÿ

â ðàäèîýëåêòðîíèêå. Çäåñü è ñîçäàíèå

ãåíåðàòîðîâ ìîíîõðîìàòè÷åñêîãî è êî-

ãåðåíòíîãî ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷å-

íèÿ â èíòåðâàëå äëèí âîëí îò íåñêîëü-

êèõ ìèëëèìåòðîâ äî äîëåé ìèëëèìåòðà,

è ñèñòåì óñèëåíèÿ ìîùíîñòè íà âûñî-

êèõ ÷àñòîòàõ. Íî íà ïðàêòèêå ðåàëèçî-

âàòü òàêèå óñòðîéñòâà îêàçàëîñü ñëîæ-

íî, òàê êàê ñâåðõâûñîêî÷àñòîòíîå èçëó-

Ðèñ. 4. Äæîçåôñîíîâñêèé ýôôåêò:

à äæîçåôñîíîâñêèé ïåðåõîä; á

ÑÊÂÈÄ èç äâóõ äæîçåôñîíîâñêèõ

ïåðåõîäîâ, ñîåäèíåííûõ ïàðàë-

ëåëüíî â ñâåðõïðîâîäÿùåé ïåòëå

(Îêîí÷àíèå ñëåäóåò)

Äëÿ

ýòîãî

ñëó÷àÿ

ÐÀÄÈÎ ¹ 10, 1998

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: