ДЖО́ЗЕФСОНА ЭФФЕ́КТ

ДЖО́ЗЕФСОНА ЭФФЕ́КТ, про­те­ка­ние сверх­про­во­дя­ще­го то­ка в сис­те­мах, со­стоя­щих из двух сверх­про­вод­ни­ков (обыч­но в ви­де тон­ких плё­нок), раз­де­лён­ных тон­кой про­слой­кой из ди­элек­три­ка, по­лу­про­вод­ни­ка или ме­тал­ла в нор­маль­ном (не­сверх­про­во­дя­щем) со­стоя­нии. Д. э. на­блю­да­ет­ся и в том слу­чае, ко­гда сверх­про­вод­ни­ки со­еди­не­ны тон­кой пе­ре­мыч­кой (мос­ти­ком или то­чеч­ным кон­так­том). В та­ких сис­те­мах ока­зы­ва­ет­ся воз­мож­ным про­хо­ж­де­ние не толь­ко обыч­ных элек­тро­нов про­во­ди­мо­сти, но и ку­пе­ров­ских элек­трон­ных пар. Су­ще­ст­во­ва­ние Д. э. свя­за­но с тем, что в ре­зуль­та­те про­хо­ж­де­ния че­рез кон­такт элек­трон­ная па­ра не раз­ру­ша­ет­ся, а по­па­да­ет в сверх­про­во­дя­щий бо­зе-кон­ден­сат вто­ро­го сверх­про­вод­ни­ка. Д. э. тео­ре­ти­че­ски пред­ска­зан Б. Джо­зеф­со­ном (1962).

Дви­же­ние за­ря­жен­ных час­тиц ре­ги­ст­ри­ру­ет­ся как про­те­ка­ние че­рез кон­такт элек­трич. то­ка. В слу­чае т. н. ста­цио­нар­но­го Д. э. раз­ность по­тен­циа­лов ме­ж­ду сверх­про­вод­ни­ка­ми (т. н. бе­ре­га­ми пе­ре­хо­да) рав­на ну­лю, и элек­трич. ток без­дис­си­па­ти­вен. Ста­цио­нар­ный Д. э. реа­ли­зу­ет­ся при ма­лых то­ках, мень­ших, чем ха­рак­те­ри­зую­щий кон­такт ток $I_j$ (кри­тич. джо­зеф­со­нов­ский ток), ко­то­рый ус­ту­па­ет по ве­ли­чи­не кри­тич. то­ку сверх­про­во­ди­мо­сти $I_c$ бе­ре­гов пе­ре­хо­да. При то­ках, пре­вы­шаю­щих $I_j$, на пе­ре­хо­де воз­ни­ка­ет раз­ность по­тен­циа­лов $U$, но воз­мож­ность для су­ще­ст­во­ва­ния Д. э. со­хра­ня­ет­ся (не­ста­цио­нар­ный Д. э.). В слу­чае не­ста­цио­нар­но­го Д. э. при про­хо­ж­де­нии сверх­про­во­дя­щих элек­тро­нов че­рез про­слой­ку ка­ж­дая элек­трон­ная па­ра из­ме­ня­ет свою энер­гию на $\Delta E=2eU$, где $e$ – за­ряд элек­тро­на. В этом про­цес­се в пе­ре­хо­де ге­не­ри­ру­ет­ся пе­ре­мен­ный ток, час­то­та $\omega$ ко­то­ро­го и на­пря­же­ние $U$ на пе­ре­хо­де свя­за­ны со­от­но­ше­ни­ем: $\omega/U=2e/\hbar$ ($\hbar$ – по­сто­ян­ная План­ка).

Тео­ре­тич. ана­лиз Д. э. и экс­пе­рим. ре­зуль­та­ты по­ка­зы­ва­ют, что из-за джо­зеф­со­нов­ско­го про­хо­ж­де­ния элек­трон­ных пар фа­зы сверх­про­во­дя­щих вол­но­вых функ­ций бе­ре­гов пе­ре­хо­да ока­зы­ва­ют­ся скор­ре­ли­ро­ван­ны­ми, т. е. Д. э. под­твер­жда­ет осн. кон­цеп­цию совр. тео­рии сверх­про­во­ди­мо­сти – на­ли­чие еди­ной вол­но­вой функ­ции и фа­зо­вой ко­ге­рент­но­сти спа­рен­ных элек­тро­нов в сверх­про­во­дя­щем со­стоя­нии.

Д. э. ле­жит в ос­но­ве боль­шо­го чис­ла раз­ра­бо­тан­ных при­бо­ров и уст­ройств: сверх­про­во­дя­щих кван­то­вых ин­тер­фе­ро­мет­ров (см. СКВИД-маг­ни­то­метр), раз­но­об­раз­ных ге­не­ра­то­ров, де­тек­то­ров, сме­си­те­лей и уси­ли­те­лей ги­га- и те­ра­гер­це­во­го диа­па­зо­нов. На ос­но­ве Д. э. современными ме­то­да­ми из­ме­ре­но от­но­ше­ние $2e/ \hbar \approx$ 4,83594000·10¹⁴ Гц/В с по­греш­но­стью 2·10^–8.