30. Способы перехода к новому типу эталона массы.

Квантовый эталон массы

Квантовый эталон массы, как полагает С. А. Кононогов (ВНИИМС), будет основан на атомной единице массы и числе Авогадро или постоянной Планка.

Для этого необходимо повышать точность определения фундаментальных физических констант (числа Авогадро, постоянной Планка), а также разрабатывать новые экспериментальные и теоретические методы нахождения масс элементарных частиц, атомов и молекул, методы создания сверхчистых материалов с заданными физическими характеристиками.

Другим направлением является определение «электрического килограмма», т.е. установление связи единицы массы с постоянной Планка через квантовый эффект Холла, эффект Джозефсона.

31. Квантовый эффект Холла . Использование для воспроизведения единицы электрического сопротивления.

Квантовый эффект Холла — это макроскопический квантовый эффект, наблюдающийся в квазидвумерных электронных системах.

Классическим примером такой системы является структура металл-окисел-полупроводник (МОП), состоящая из массивного кристалла полупроводника кремния с нанесенным на нем слоем диэлектрика — окиси кремния. Окисел покрыт металлической пленкой — затвором. Если приложить к затвору положительное электрическое напряжение относительно полупроводника, то в вертикальной плоскости образуется потенциальная яма, ограниченная снизу линейно растущей по мере удаления от затвора энергией электрона в электрическом поле затвора, а сверху — работой выхода электрона из полупроводника в диэлектрик.

На основе квантового эффекта Холла разработана эталонная методика воспроизведения реперного значения сопротивления.

Со времени открытия квантового эффекта Холла появилась принципиальная возможность создания естественного эталона единицы электрического сопротивления, размер которой неизменен во времени и привязан к отношению фундаментальных констант:

32. Стационарный и нестационарный эффект Джозефсона.

Эффект Джозефсона — это явление протекания сверхпроводящего тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника. Такой ток называют джозефсоновским током, а соединение сверхпроводников — джозефсоновским контактом.

В результате исследований протекания тока через туннельный контакт сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник Б. Джозефсон в 1962 году предсказал два новых явления, которые получили название стационарного и нестационарного эффектов Джозефсона.

Стационарный эффект Джозефсона заключается в протекании через туннельный барьер постоянного сверхтока (т.е. тока, не создающего падения напряжения на барьере), если сила тока i не превышает некоторого критического значения iс и определяется уравнением

i=icsinφ

где φ — разность фаз волновых функций, описывающих конденсат куперовских пар в двух сверхпроводниках, разделенных туннельным барьером. При превышении критического значения тока (i>ic) на барьере появляется падение напряжения U.

В 1963 г. С. Шапиро экспериментально обнаружил нестационарный эффект Джозефсона, наблюдая ступеньки, известные теперь как ступеньки Шапиро, на вольтамперной характеристике туннельных контактов при воздействии на них СВЧ-излучения частотой 9 и 25 ГГц.

При этом воздействии на вольтамперных характеристиках появляются индуцированные ступеньки тока при напряжениях U, отмеченных в стационарном эффекте.