О САЙТЕ
Добро пожаловать!

Наш сайт это небольшая библиотека всех феноменов, с которыми когда-либо мог столкнуться человек. Именно у нас все замысловатые структуры и объекты, как в фотографиях, так и статьях. Согласитесь, человеку всегда было интересно, то, что еще неизведанно, и то, что пугает и завораживает нас одновременно. Если у вас есть интересный материал, и вы хотели бы поделиться с ним другими пользователями нашего сайта, можете связаться с нами через форму обратной связи, при добавлении мы обязательно укажем автора статьи.


Главная / Феномены среди нас

Зарегистрирован нетрадиционный эффект Джозефсона

(добавлено: 2012-08-01, 17:20:19)
Зарегистрирован нетрадиционный эффект Джозефсона



В экспериментах, которые проводились в лаборатории Стэнфордского университета (США), была зарегистрирована нестандартная модификация эффекта Джозефсона.

Сам эффект, напомним, заключается в протекании сверхпроводящего тока в системе, образованной двумя сверхпроводниками и расположенным между ними «слабым звеном», слоем диэлектрика или металла. Такую систему называют контактом Джозефсона.

В контакте, изготовленном авторами работы, роль «слабого звена» сыграл необычный материал — селенид висмута Bi2Se3. Его относят к так называемым топологическим изоляторам (ТИ), в объёме которых существует запрещённая зона, а на поверхности — металлическое состояние, гораздо более устойчивое, чем поверхностные электронные состояния в традиционных диэлектриках. ТИ имеют много общего с графеном: электроны в обоих видах материалов могут вести себя как безмассовые частицы и характеризуются линейной зависимостью энергии от импульса.

Выбор Bi2Se3 объясняется тем, что джозефсоновские контакты с ТИ, согласно предсказаниям теоретиков, могут поддерживать электронные возбуждения, которые ведут себя подобно майорановским фермионам. «Реальные» фермионы этого типа, рассмотренные Этторе Майораной более семидесяти лет назад, должны быть элементарными частицами, тождественными своим античастицам. Отыскать примеры таких частиц (скажем, доказать, что нейтрино имеет майорановскую природу) пока не удаётся, а потому специалисты и проявляют интерес к модельным твердотельным системам, в которых могут появляться майорановские моды.

Вычисления показывают, что в контакте Джозефсона «майорановские фермионы» организуются в одномерный «провод» между сверхпроводящими выводами, обозначенный стрелками на рисунке ниже. Зная об этом, экспериментаторы пытались обнаружить какие-нибудь странности в поведении контактов с ТИ, но ничего определённого до сих пор не находили.

Американцы, напротив, наблюдали нестандартный эффект Джозефсона, отличающийся от типового как минимум по двум параметрам. Первым из них стало произведение ICRN, где IC — критический ток, максимальная величина постоянного тока, при протекании которого сверхпроводники не переходят в нормальное (несверхпроводящее) состояние, а RN — сопротивление в нормальном состоянии. Значение ICRN не должно сильно отходить от Δ/e (отношения ширины сверхпроводящей щели двух выводов в контакте Δ к заряду электрона e) и зависеть от геометрии устройства. Вторым параметром оказался характерный колебательный отклик критического тока на включение магнитного поля, приложенного перпендикулярно. Определённый набор значений индукции поля должен обращать IC в ноль. Если бы не потребительские кредиты наличными, то данный эксперимент был бы невозможен из-за отсутствия финансирования.

Для опытов учёные подготовили несколько джозефсоновских контактов с длиной L, которая варьировалась от 20 до 80 нм, и шириной W, изменявшейся от 0,5 до 3,2 мкм. На графике ниже показаны результаты измерений — зависимость напряжения от приложенного постоянного тока — для устройства с (L, W) = (45 нм, 1 мкм) при температуре в 12 мК. Когда магнитное поле отсутствует, мы можем наблюдать обычную работу джозефсоновского контакта: если ток уступает IC = 850 нА, напряжение равно нулю, а через устройство протекает сверхпроводящий ток. При включении магнитного поля величина IC уменьшается, и в тот момент, когда индукция достигает 10 мТл, выводы переходят в нормальное состояние, а кривая на графике превращается в прямую.

Объединение этих результатов с измерением RN, однако, дало совсем небольшое значение ICRN (30,6 мкВ), на порядок отличавшееся от расчётного.

Другие контакты с ТИ вели себя примерно так же; кроме того, при сравнении данных авторы обнаружили явную зависимость ICRN от W. Первый минимум IC в экспериментах также приходился на меньшую индукцию поля, чем можно было ожидать, глядя на площадь контактов.

По словам физиков, опубликовавших отчёт об экспериментах в журнале Physical Review Letters, объяснить все эти странности может только модель, которая учитывает майорановские состояния. Новая работа, таким образом, подтверждает выводы голландской группы, изучавшей гибридные устройства с полу- и сверхпроводящими элементами. Весной этого года голландцы также сообщали о появлении «майорановских фермионов».

Подготовлено по материалам Американского физического общества.


 

 
Ключевые слова - эффект Джозефсона, Стэнфорд




Реклама


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика

Copyright world-phenomena.ru 2012.