Терпугов Максим Михайлович, МБОУ Лицей №2 г. Иркутска, класс 10... E-mail: Эффект Джозефсона, или туннельный эффект

Терпугов Максим Михайлович, МБОУ Лицей №2 г. Иркутска, класс 10 «А»,
E-mail: arsenal-maks@mail.ru
Эффект Джозефсона, или туннельный эффект
Вот физик известный - Брайан Дэвид Джозефсон,
Чей эффект экспериментально был подтвержден.
***
А это сверхтонкий слой диэлектрика,
В эксперименте туннельного эффекта,
Известного физика (Брайан Дэвид Джозефсон),
Чей эффект экспериментально был подтвержден.
***
А это милейшая микрочастица,
Потенциального барьера затворница,
Проникшая сквозь тонкий слой диэлектрика,
В эксперименте туннельного эффекта,
Известного физика (Брайан Дэвид Джозефсон),
Чей эффект экспериментально был подтвержден.
***
А это транзистор одноэлектронный –
Прибор туннельный трехэлектродный,
Где есть сверхтонкий слой диэлектрика,
В эксперименте туннельного эффекта,
Откуда сбежала милейшая микрочастица,
Потенциального барьера затворница,
Известного физика (Брайан Дэвид Джозефсон),
Чей эффект экспериментально был подтвержден.
***
А это явления паранормальные,
Синтез холодный, и теории ментальные,
С проблемами разума переплетённые,
И премией Нобеля объединенные,
За сложный транзистор одноэлектронный –
Прибор туннельный трехэлектродный,
Где есть сверхтонкий слой диэлектрика,
В эксперименте туннельного эффекта,
Откуда сбежала милейшая микрочастица,
Потенциального барьера затворница,
Известного физика (Брайан Дэвид Джозефсон),
Чей эффект экспериментально был подтвержден.
P.S. Верьте не верьте – эффект подтвержден,
И премией «За успехи в науке» он еще награжден.
Брайан Дэвид Джозефсон (род. 4 января 1940 года, Кардифф, Уэльс, Великобритания) —
английский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 1973 года.
Джозефсон известен также своей верой в существование паранормальных явлений.
По его словам, лозунгом учёного должно быть «никому не верь на слово», что означает,
«если все учёные хором отрицают какую-либо идею, это не следует считать
доказательством того, что идея абсурдна, скорее следует тщательно изучить все
причины такого мнения и решить, насколько это мнение обосновано».
Джозефсон занимался исследованиями сверхпроводимости и критических явлений,
возникающих в системах вблизи точек перехода. Проявил интерес к проблемам разума и
интеллекта, занимался мистицизмом, медитацией и ментальной теорией, поддерживал
исследования
в
области парапсихологии, холодного
синтеза и гомеопатии.
Будучи
профессором Кембриджского университета, возглавлял проект по объединению материи и
разума в области теорииконденсированных сред.
История
В 1962 году английский физик Б. Джозефсон на основе теории сверхпроводимости
Бардина — Купера — Шриффера предсказал стационарный и нестационарный эффекты в
контакте сверхпроводник-диэлектрик-сверхпроводник.
Экспериментально стационарный эффект был подтвержден американскими физиками
П. Андерсоном и Дж. Роуэллом в 1963 году.
Нобелевская премия
Джозефсон получил половину Нобелевской премии «за теоретическое предсказание
свойств тока, проходящего через туннельный барьер, в частности явлений, общеизвестных ныне
под названием эффектов Джозефсона». Один из самых молодых нобелевских лауреатов в истории.
Вторую половину премии получили Лео Эсаки и Айвор Джайевер «за экспериментальные
открытия
туннельных
явлений
в полупроводниках и сверхпроводниках».
Брайан Джозефсон удостоен премии «За успехи в науке»
Американской
исследовательской
корпорации
и медали
Хьюза Лондонского королевского общества. Джозефсон — член
Лондонского королевского общества и иностранный член
американского Института инженеров по электротехнике и электронике,
Американской академии наук и искусств.
Описание эффекта
Различают стационарный и нестационарный эффекты Джозефсона.
При описании данных явлений используется понятие «электронной
жидкости». Это квантовое понятие, амплитуда волны возмущения в
такой жидкости зависит от плотности электронов. Наличие разности фаз волн приводит к их
интерференции. Если фазы волн равны, то их амплитуды суммируются, а если фазы смещены, то
суммарная амплитуда уменьшается.
Стационарный эффект
При стационарном эффекте Джозефсона в цепи, состоящей из двух сверхпроводников,
разделенных тонким окисным слоем, проходит малый постоянный ток без потери напряжения на
туннельном переходе. Величина тока зависит от разности фаз волн, образованных
синхронизированными электронными куперовскими парами, т.е. от соотношения плотностей
носителей зарядов на границах перехода.
Стационарный эффект Джозефсона положен в основу создания высокочувствительного
сверхпроводящего квантового интерферометрического датчика, так называемого СКВИДа.
Нестационарный эффект
При пропускании через контакт тока, величина которого превышает критическую, на
контакте возникает падение напряжения, и контакт при этом начинает излучать электромагнитные
волны. 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. Единственная возможность для пары электронов
вернуться в основное состояние — это излучить квант электромагнитной энергии.
Тунне́льный эффект, туннели́рование — преодоление микрочастицей потенциального
барьера в случае, когда её полная энергия (остающаяся при туннелировании неизменной) меньше
высоты барьера. Туннельный эффект — явление исключительно квантовой природы, невозможное
в классической механике и даже полностью противоречащее ей.
Применение эффекта
Используя нестационарный эффект Джозефсона, можно измерять напряжение с очень
высокой точностью.
Эффект Джозефсона используется в сверхпроводящих интерферометрах, содержащих два
параллельных контакта Джозефсона. При этом сверхпроводящие токи, проходящие через контакт,
могут интерферировать. Оказывается, что критический ток для такого соединения чрезвычайно
сильно зависит от внешнего магнитного поля, что позволяет использовать устройство для очень
точного измерения магнитных полей.
Джозефсоновский контакт можно использовать как генератор электромагнитных волн или
как приёмник
Эффект Джозефсона нашел применение для создания переключающих и запоминающих
устройств.
Применение высокотемпературных сверхпроводников в измерительных устройствах позволит
кардинально повысить метрологические характеристики измерительных устройств и отказаться от
необходимости производить периодическую поверку средств измерений.
Был разработан также первичный термометр для криогенной области, в которой резкие
переходы в некоторых веществах используются для получения реперных (постоянных) точек
температуры. Новая техника используется в компараторах тока, для измерений радиочастотной
мощности и коэффициента поглощения, а также для измерений частоты. Она применяется также в
фундаментальных исследованиях, таких, как измерение дробных зарядов атомных частиц и
проверка теории относительности
Не менее важное практическое применение сверхпроводимости относится к технике
чувствительных электронных приборов. Экспериментальные образцы приборов с контактом
Джозефсона могут обнаруживать напряжения порядка 10 –15 Вт. Магнитометры, способные
обнаруживать магнитные поля порядка 10 – 9 Гс, используются при изучении магнитных
материалов, а также в медицинских магнитокардиографах.
Применение эффекта Джозефсона в экспериментальных установках
(Германия). Использование
воспроизведения напряжения.
Во ВНИИФТРИ создана установка на основе матрицы
джозефсоновских переходов для воспроизведения единицы
напряжения постоянного тока.
Установка предназначена для калибровки и поверки
многоразрядных
аналого-цифровых
преобразователей
(АЦП) в интегральном исполнении, может также
использоваться для калибровки и поверки высокоточных
мер напряжения и цифровых вольтметров.
Основным элементом установки является матрица
джозефсоновских переходов, изготовленная в РТВ
эффекта Джозефсона обеспечивает высокую точность
Значение открытия эффекта Джозефсона в истории науки
Впервые в истории физики экспериментально обнаружена взаимосвязь явления макромира
(электрический ток) и квантовомеханической величины (фаза волновой функции).
Литература:
http://thesaurus.rusnano.com/wiki/letter.php?char=R&lang=E
http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article2037
https://ru.wikipedia.org/wiki/Джозефсон,_Брайан_Дэвид
http://alnam.ru/book_e_phis.php?id=38
https://ru.wikipedia.org/wiki/Туннельный_эффект
https://ru.wikipedia.org/wiki/Эффект_Джозефсона
http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article1829
http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article775