Контрольные вопросы

1. Чем отличаются интегральная электроника и функциональная электроника?

2. Что такое микроэлектроника?

3. Назовите и охарактеризуйте ограничения миниатюризации в электронике.

4. Что представляет собой динамическая неоднородность?

5. Перечислите и охарактеризуйте основные направления функциональной электроники.

6. Охарактеризуйте предмет и задачи криоэлектроники.

7. Назовите и охарактеризуйте основные направления криоэлектроники.

8. Назовите основные открытия и изобретения, на которых базируется криоэлектроника.

9. С чем связано появление высокотемпературной криоэлектроники?

10. Назовите основные задачи, стоящие перед криоэлектроникой.

Литература

1. Кравченко А.Ф. Физические основы функциональной электроники: Учебное пособие.- Новосибирск: Изд-во Новосиб. университета, 2000.- 444 с.

2. Интегральные схемы и микроэлектронные устройства на сверхпроводниках / Алфеев В.Н., Бахтин П.А., Васенков А.А. и др.- М: Радио и связь, 1985.- 232 с.

3. Вендик О.Г., Горин Ю.Н. Криогенная электроника.- М.: Знание, 1977.- 64 с.

Глава 1 сверхпроводимость

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

В основе криоэлектроники лежит комплекс эффектов, объединенный общим термином “сверхпроводимость”. Часто под этим термином понимают отсутствие сопротивления у проводника в условиях низких температур. В действительности, эффект отсутствия сопротивления представляет только одну грань многогранного комплекса эффектов и явлений. К числу таких эффектов и явлений следует отнести: эффект Мейсснера-Оксенфельда – выталкивание магнитного поляиз сверхпроводника;квантованиемагнитного потока в сверхпроводниковом кольце; изотопическийэффект; эффектыДжозефсона; аномальное взаимодействие сверхпроводника с электромагнитнымизлучениеми т.д.

В данной главе рассматриваются основные эффекты и явления сверхпроводимости, на базе которых разработаны или разрабатываются элементы криоэлектроники, особенности этих явлений в ВТСП, кратко излагается микроскопическая теория БКШ, удовлетворительно объясняющая многие эффекты и явления сверхпроводимости.

1.1. Нулевое сопротивление

В 1911 г. голландский ученый Каммерлинг-Оннес проводил эксперименты по исследованию сопротивления материалов при низких температурах. Он уже получил в 1908 г. жидкий гелий и теперь имел возможность охлаждать металлы до рекордно низких температур – 4,2 К. Охладив ртуть до температуры жидкого гелия, Каммерлинг-Оннес получил сверхпроводник, и открыл новую область физики и, тогда еще виртуально, новую область техники.

Теория электропроводности металлов предсказывала обращение в нуль сопротивления бездефектного, идеального кристалла при достижении абсолютного нуля температуры, поскольку в этом случае отсутствуют тепловые колебания решетки кристалла. Длина свободного пробега электрона сравнима с длиной проводника, а удельное сопротивление стремится к нулю (рис. 1.1). Температурная зависимость сопротивления ртути, полученная Каммерлинг-Оннесом, имела качественно иной характер: сопротивление скачком обращалось в нуль, т.е. переход проходил при фиксированной температуре (рис. 1.2) Этот факт не укладывался в рамки классической теории электропроводности и получил объяснение только позднее.

Рис. 1.1. Ожидаемая зависимость удельного сопротивления идеального металла от температуры

Рис. 1.2. Зависимость удельного сопротивления сверхпроводника от температуры

Таблица 1.1