Задача N3. Измерение вольт-амперных характеристик джозефсоновского контакта.

Английский физик Б. Джозефсон в 1962 теоретически предсказал, что в системе сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник при определенных условиях может существовать сверхпроводящая компонента тока I_s, протекающая через изолирующую прослойку или слабое звено. При этом абсолютная величина I_s зависит от разности фаз  = θ₂ - θ₁ волновых функций бозе конденсата куперовских пар до и после слабого звена (стационарный эффект Джозефсона): I_s=I_c sin , где I_c - константа, называемая критическим током. Системы, для которых справедливы приведенные соотношения, стали называться джозефсоновскими переходами или джозефсоновскими контактами.

Слабую связь между сверхпроводящими электродами можно создать различными способами - это может быть прослойка с нормальной или полупроводниковой проводимостью, либо даже сверхпроводящий материал с размерами порядка длины когерентности куперовской пары в данном сверхпроводнике (так называемый мостик Дайема) [3].

В большинстве случаев вольт-амперная характеристика (ВАХ) джозефсоновского перехода может быть описана в рамках простой модели.

V = 0 при I  < I_с;

V = (I² –I_с² )^1/2.R_n при I   I_с, где I_c - критический ток перехода, R_n - нормальное сопротивление перехода. Величины I_c и R_n являются основополагающими характеристиками джозефсоновского перехода, а их произведение V_c = I_c R_n называется характеристическим напряжением.

Внешнее постоянное магнитное поле В также значительно влияет на ВАХ джозефсоновского перехода. При увеличении внешнего магнитного поля В величина I_c изменяется пропорционально sin(x)/x, где х = В/В_о, а В_о соответствует магнитному потоку в переходе равному кванту магнитного потока Ф_о = 2e/h=2.07 10^–15 Вб.

В данной лабораторной работе будут исследоваться вольт-амперные и вольт-полевые характеристики ВТСП тонкопленочного джозефсоновского перехода, выполненного на бикристаллической подложке SrTiO₃ из YBа₂Сu₃O₇ пленки.

Измерения будут проводиться при Т=77 К. Через джозефсоновский переход будет пропускаться линейно нарастающий ток и проводиться запись вольт-амперных характеристик перехода при различных значениях внешнего магнитного поля. Из полученных данных учащиеся будут определять величину критического тока, нормальное сопротивление и характеристическое напряжение и зависимость I_c(H) джозефсоновского перехода.