Вопрос 6) константы макро- и микромира.

19) Электромагнитное явление эффект джозефсона и его применение. Описание эффекта

Эффект Джозефсона — явление протекания сверхпроводящего тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника. Такой ток называют джозефсоновским током, а такое соединение сверхпроводников — джозефсоновским контактом. В первоначальной работе Джозефсона предполагалось, что толщина диэлектрического слоя много меньше длины сверхпроводящей когерентности, но последующие исследования показали, что эффект сохраняется и на гораздо больших толщинах.

Стационарный эффект

При пропускании через контакт тока, величина которого не превышает критическую, падение напряжения на контакте отсутствует (несмотря на наличие слоя диэлектрика). Эффект этот вызван тем, что электроны проводимости проходят через диэлектрик без сопротивления за счёттуннельного эффекта. Нетривиальность эффекта состоит в том, что сверхпроводящий ток переносится коррелированными парами электронов (куперовскими парами) и, на первый взгляд, должен быть пропорционален квадрату туннельной прозрачности контакта и, ввиду чрезвычайной малости последней, практически ненаблюдаемым. В действительности туннелирование куперовской пары — специфический когерентный эффект, вероятность которого порядка вероятности туннелирования одиночного электрона, в связи с чем максимальная величина тока Джозефсона может достигать величины обычного туннельного тока через контакт при напряжении порядка щели в энергетическом спектресверхпроводника. По современным представлениям, микроскопическим механизмом туннелирования куперовских пар является андреевское отражение квазичастиц, локализованных в потенциальной яме в области контакта.

Нестационарный эффект

При пропускании через контакт тока, величина которого превышает критическую, на контакте возникает падение напряжения , и контакт при этом начинает излучать электромагнитные волны. При этом частота такого излучения определяется как , где — заряд электрона, — постоянная Планка.

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 

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.

Если в переходе Джозефсона поддерживать постоянное напряжение, то в нём возникнут высокочастотные колебания. Этот эффект, называемый джозефсоновской генерацией, впервые наблюдали И. К. Янсон, В. М. Свистунов и И. М. Дмитренко. Возможен, конечно, и обратный процесс — джозефсоновское поглощение. Таким образом, джозефсоновский контакт можно использовать как генератор электромагнитных волн или как приёмник (эти генераторы и приёмники могут работать в диапазонах частот, недостижимых другими методами).

В длинном джозефсоновском переходе (ДДП) вдоль перехода может двигаться солитон (Джозефсоновский вихрь), перенося квант магнитного потока. Существуют и многосолитонные состояния, переносящие целое число квантов потока. Их движения описываются нелинейнымуравнением синус-Гордона. Такой джозефсоновский солитон подобен солитону Френкеля (число квантов потока сохраняется). Если изолирующий слой сделать неоднородным, то солитоны будут «цепляться» за неоднородности, и, чтобы сдвинуть их, придётся приложить достаточно большое внешнее напряжение. Таким образом, солитоны можно накапливать и пересылать вдоль перехода: естественно было бы попытаться использовать их для записи и передачи информации в системе большого числа связанных между собой ДДП (квантовый компьютер).

В конце 80-х годов в Японии был создан экспериментальный процессор на эффекте Джозефсона. Хотя 4-разрядное АЛУ делало его неприменимым на практике, данное научное исследование было серьёзным экспериментом, открывающим перспективы на будущее.

45)  Приборы и методы измерения параметров движения: измеряемые параметры, классифи-кация, диапазоны измерения параметров, виды приборов.

 

Параметрами механического движения, подлежащими измерению, яв­ляются перемещение, скорость и ускорение. Эти параметры взаимосвязаны: первая производная от перемещения дает скорость, а вторая — ускорение. В свою очередь по известному ускорению можно получить скорость и переме­щение.

Отметим две группы методов измерения этих параметров. К первой группеотносятся методы измерения параметров относитель­ного движения, осуществляемые за счет физического или информационного контакта между движущимся объектом и системой, принимаемой за начало отсчета. Входными величинами в приборах, основанных на этих методах, яв­ляются перемещение и скорость.

Ко второй группе относятся бесконтактные (автономные) методы, ос­нованные на измерении сил (ускорений), действующих на движущийся объ­ект. Поскольку измерение параметров движения в этих методах производится относительно инерциального пространства, то соответствующие приборы на­зываются инерциальными.

Применение того или иного метода измерения параметров движения определяется как свойствами движущегося объекта и его взаимодействием с окружающей средой, так и диапазоном измеряемых величин. Диапазоны из­меряемых скоростей и ускорений чрезвычайно велики. Поэтому в целях удобства можно условно разбить их на поддиапазоны. Линейные скорости: космические скорости — до 1,2^10^[1] м/с; скорости авиационных объектов — до 10 м/с; транспортные скорости — до 50 м/с; промышленные скорости— до 10 м/с; малые технические скорости — до 10^-1 м/с; весьма малые скорости

1         до 10^-5 м/с. Угловые скорости: весьма большие — до 3-10⁴ рад/с; средние

2         до 10 рад/с; малые — до 10 рад/с; малые технические — до 1 рад/с; весь-

-5            5 2

ма малые — до 10 рад/с. Ускорения: весьма большие — до 210 м/с ; боль- до 10^-5 м/с².

Параметры движения по характеру изменения во времени можно раз­бить на параметры поступательного, вращательного и колебательного движе­ния.

Приборы, предназначенные для измерения линейных скоростей, назы­ваютсяизмерителями скорости, приборы для измерения угловых скоростей (частоты вращения) — тахометрами, а приборы для измерения ускорений — акселерометрами. Большой класс приборов применяется для измерения па­раметров колебательного движения (вибраций). Если измеряются параметры вибраций машин, устройств и сооружений, то соответствующие приборы на­зываются виброметрами. Приборы, применяемые для измерения параметров движения земной поверхности, называются сейсмографами.

32) Магнитный резонанс.