Тел.: (495) 781-4969, 344-6707, E-mail: eliks.mail@eliks.ru
ТОЧНОСТЬ ДЛЯ ПРОФЕССИОНАЛОВ
Читать журнал
"КИПиС"
Корзина 0 позиций
0,00 руб.
Поиск
Бренды
Информация
АКТАКОМ - Измерительные приборы, виртуальные приборы, паяльное оборудование, промышленная мебель
Авторизация
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?
Зарегистрироваться

Квантовый эффект Джозефсона и его применение при построении эталона вольта

Квантовый эффект Джозефсона и его применение при построении эталона вольта

За последние десятилетия для построения эталонов стали применять новые физические эффекты, достаточно изученные физиками: квантовый эффект Джозефсона, квантовый эффект Холла, эффект Мейснера, эффект Мессбауэра и др. особенно важное значение в развитии эталонной измерительной техники, а в будущем и рабочих средств измерений имеют квантовые эффекты Джозефсона и Холла.

Квантовый эффект Джозефсона и его применение при построение эталона вольта. При температуре ниже определенной, свойственной данному металлу или сплаву, называемой критической температурой Ткр, он переходит в особое, сверхпроводящее состояние, в котором электрические и магнитные свойства принципиально отличаются от тех, которые металл (сплав) имеет при обычных температурах.

В сверхпроводнике:

полностью отсутствует сопротивление постоянному электрическому току;

магнитный поток в сверхпроводящем кольце остается неизменным во времени;

внешние магнитное поле не проникает в глубь сверхпроводника, если напряженность поля Н< Нкр (свойство идеального диамагнетизма). Имеют место и другие эффекты.

Возникновение сверхпроводящего состояния принято объяснять появление особого вида носителей электрического заряда – связанных электронных пар (куперовских пар), образуемых при Т< Ткр. Объедините электронов в пары, как полагают, вызвано колебанием кристаллической решетки, что приводит к появлению эффективной силы фонового притяжения между электронами в сверхпроводнике (сила взаимного притяжения между электронами существует и в обычных условиях, но она в 5 .1045 раз меньше силы их кулоновского отталкивания). Энергия связи куперовской пары имеет порядок 10-3 эВ (1 эВ = 1,6 .10-19 Дж). При Т = 0 К все электроны в сверхпроводнике оказываются попарно связаны.

Эффект Джозефсона возникает между двумя сверхпроводниками, образующими туннельный контакт. Если два проводника (в обычном сотсоянии0 разделены окисной пленкой толщиной порядка 10-7 см, то из-за туннельного эффекта электроны переходят из одного проводника в другой и между ними устанавливается электрическое равновесие (разность потенциалов между проводниками равно нулю). Если же к проводникам приложить извне разность потенциалов, то через туннельный контакт будет протекать электрический ток.

Если туннельный контакт образуется между двумя сверхпроводниками, то возникает эффект Джозефсона (стационарный или нестационарный), открытый английским ученным Б.Джозефсоном в 1962 г. Туннельный контакт при этом часто называют джозефсоновским.

Стационарный эффект Джозефсона состоит в том, что при нулевой разности потенциалов через туннельный контакт в сверхпроводнике течет малый постоянный электрический ток.

Нестационарный эффект Джозефсона возникает в случае, когда к джозефсоновскому контакту прикладывается постоянное напряжение U. При этом через контакт будет протекать переменный ток.

i(t) = I0sin0 + (2e/hUt],

Где I0 и φ0 – постоянные величины, характеризующие амплитуду силы постоянного электрического тока и начальную фазу соответственно; e = 1,602 х 10-19 Кл – заряд электрона (с точностью до 3-го знака после запятой); h = 6,626 . 10-34 Дж . с  – постоянная Планка.

Джозефсоновский контакт, на котором поддерживается постоянная разность потенциалов, испускаем электромагнитное излучение с частотой w.

Из этого следует очевидное выражение

ω = (2e/h)U

где ω = 2πf – круговая частота.

Величина ω/U=2e/h = 483,59767 МГц/мкВ является постоянной Джозефсона.

Нестандартный эффект Джезефсона обратим: если джозефмоновский контакт облучать электромагнитным полем с частотой w, то на контакте напряжение будет ступенчатым образом изменяться в зависимости от частоты внешнего электромагнитного поля с зависимостью

U = n(h/2e)f

Где f – частота электромагнитного поля.

При выполнении равенства 2eU = nhf каждый раз при увеличении числа n на единицу будут наблюдаться резкие ступеньки. Интервал между последовательными ступеньками достигает 4 – 5 мВ.

В России государственный первичный эталон ЭДС и постоянного напряжения воспроизводит вольт с помощью эффекта Джозефсона. Размер единицы вольта передается вторичному эталону, в качестве которого применяется группа термостатированных насыщенных элементов. При повышении точности определения значение величины (2e/h), ожидаемого в ближайшие годы, точность «джозефсоновского вольта» может возрасти более чем на 1 порядок.

Государственный первичны эталон единицы ЭДС и постоянного напряжения на основе эффекта Джозефсона имеет погрешность воспроизведения, оцениваемую средним квадратическим отклонением результата измерений, 5 . 10-9; неисключенная систематическая погрешность составляет 5 . 10-9. Вторичный эталон в виде группы насыщенных термостатированных НЭ имеет среднее квадратическое отклонение результата измерений 1,3 . 10-8.



Возврат к списку


Материалы по теме:

Рекомендуем
68 358,00 руб.
Есть на складе
11 994,00 руб.
Есть на складе
25 914,00 руб.
Есть на складе
Поделиться:
Распродажи, скидки, спецпредложения

10.06.2025
Скидка 10% на импульсные тестеры омботок Актаком Вступило в дейтвие специальное предложение на импульсные тестеры обмоток Актаком АМ-3083 и АМ-3085. До 31 августа 2025 года можно приобрести данные модели со скидками 10% от розничной цены.

04.06.2025
Опция расширения глубины записи при покупке осциллографа высокого разрешения Rigol DHO1104 При покупке осциллографа высокого разрешения Rigol DHO1104 каждый покупатель получит в подарок опцию расширения глубины записи до 100 М точек. Срок действия акции - 30 июня 2025 года.

20.05.2025
Скидки 25% на токовые клещи Актаком АТК-22хх До 31 августа 2025 года с нашего склада можно приобрести токовые клещи Актаком для измерения больших токов АТК-2200 и АТК-2250 со скидками 25%. Обе модели включены в Госреестр СИ РФ.

Статьи, публикации

Компенсация пробников (щупов) осциллографа Для подключения входов осциллографа к исследуемым точкам электрической цепи используются осциллографические пробники (щупы). От правильности настройки пробников, т.е. их согласования с входом осциллографа, во многом зависит не только точность измерения, но и корректность отображения формы сигнала.

Видео
Мы используем файлы 'cookie', чтобы обеспечить максимальное удобство пользователям.