19. Квантовая интерференция.

Экспериментально было обнаружено, максимальный сверхпроводниковый ток I_c в магнитном поле параллельном плоскости контакта не монотонно зависит (с периодом равным кванту потока Ф₀) от величины магнитного потока Ф, проникающего в контакт.

Рисунок

I_m – максимально возможное значение, которое может принимать ток I_c.

Как видно из рисунка, в случае когда поток равен числу квантов Ф₀ происходит компенсация токов текущих в противоположные стороны в разных точках контакта и результирующий критически ток окажется равным нулю. Этот график аналогичен зависимости интенсивности света на экране при дифракции на одиночной щели от расстояния до центра точки и наглядно демонстрирует волновые свойства сверхпроводящих токов.

Пусть сначала внешнее поле и ток в контуре равен нулю, поток Ф при этом также равен нулю.

Рисунок

Увеличим внешнее поле и по закону индукции Фарадея в контуре появиться сверхпроводящий ток. Своим магнитным полем по закону Ленца компенсируется внешний поток. Так будет происходить, пока ток в контуре не станет равным критическому току контакта I_c.

Рисунок

Для простоты рассмотрения выберем площадь кольца такой, чтобы при I = I_c внешнее поле создавало поток . Как только ток станет больше I_c сверхпроводимость в контакте нарушится и в контур войдет квант потока Ф₀ (рис. г)

Рисунок

При этом отношение скачком увеличится на единицу, а направление потока изменится на противоположное, хотя его величина останется прежней I_c.

Таким образом, контур перешел в новое квантовое состояние. При дальнейшем увеличении внешнего поля ток в кольце будет уменьшаться, а поток будет оставаться равным Ф₀. ток обратиться в ноль когда внешний поток станет равным Ф₀ (рис. д), а затем ток потечет в обратном направлении частично экранирую внешний поток.

Рисунок

При внешнем потоке ток опять станет равным I_c. Сверхпроводимость нарушится, войдет в следующий квант потока и т.д.

20. Сверхпроводниковый квантовый интерферометр.

В оптических интерферометрах световую волну на две идущие по разным путям, для этого используется две щели в непрозрачной перегородке или два экрана или другие приспособления. В одну из половинок вносят например изучаемый прозрачный объект и по возникающей разности фаз находят его толщину, показатель приломлеия и другие характеристики. Эта аналогия объясняет смысл термина сверхпроводниковый квантовый интерферометр (СКВИД). В СКВИДе сверхпроводящий ток расщепляется на две части, каждая из которых или только одна проходит свой туннельный контакт, а затем они сводятся вместе, разность фаз при этом изменяется с помощью магнитного поля и поэтому его поток или индукцию можно измерять таким интерферометром. В работающем СКВИДе можно предварительно создать небольшой постоянный ток (смещения), тогда в непосредственной окрестности тех точек где I_c = 0 сверхпровод туннельных контактов (слабых связей) разрушится и присоединенный к СКВИДу вольтметр покажет падение напряжения. Тогда, уже при изменении потока на сотые или даже тысячные доли кванта Ф₀ в близи такой точки на СКВИДе появиться достаточно большое напряжение пропорциональное величине магнитного поля. Таким путем чувствительность к магнитному потоку доводят до , применяя преобразователи различных физических величин в поток магнитного поля получают очень чувствительные измерители тока, напряжения, температуры и т.д. на практике наибольшее распространение СКВИДы получили в медицине, физик и дефектоскопии. Их большие преимущества перед другими приборами для измерения магнитных полей – это сверхвысокая чувствительность и возможность бесконтактных измерений. Это позволяет регистрировать очень слабые магнитные поля связанные со слабыми электрическими токами возникающими в живых организмах.