Техника - молодёжи 1968-06, страница 6

Однако уже через год после статьи Джозефсона появилась статья Андерсона и Роувелла:

«Нам удалось обнаружить аномальное туннелирование постоянного тока при напряжениях, равных нулю или близких к нулю в очень тонком барьере, представлявшем собой слой окиси олова между сверхпроводящими свинцом и оловом, которое мы не можем приписать образованию случайных сверхпроводящих перемычек и которое в некоторых отношениях ведет себя, как ток Джозефсона...»

Джозефсон, по существу, открыл два эффекта, хотя второй — следствие и логическое продолжение первого. В первом эффекте барьер остается сверхпроводящим, то есть на нем нет никакого напряжения. А что произойдет, если создать некоторую разность потенциалов? Тогда пара электронов, перешедшая из одного сверхпроводника в другой, должна увеличить свою энергию. Однако обмен между двумя сверхпроводниками — сверхпроводящий, в нем электронная пара не должна изменять свою энергию. Поэтому пара, переходящая из сверхпроводника в сверхпроводник, должна избавиться от новоприобретен-ной энергии, излучая фотоны.

Всякое электромагнитное поле — это поле какого-то переменного тока. Следовательно, прикладывая постоянную разность потенциалов к джозефсонов-скому барьеру, можно получить в цепи барьера переменный ток очень высокой частоты. Барьер превращается в генератор электромагнитных волн! В этом и состоит второй эффект, существование которого также предположил Джозефсон.

Обнаружить второй эффект оказалось неизмеримо сложнее, чем первый. И прежде всего потому, что мощность излучения крайне мала, а его частота находится в диапазоне, еще недостаточно освоенном физиками.

Исследователям поначалу пришлось пойти обходным путем, подсказанным им органной трубой. Настроенная на какую-то частоту — ту самую, которая имелась в виду Бахом или Букстерхуде, когда они наносили на нотный стан определенную ноту, органная труба слабый сигнал своей резонансной частоты

выделяет и превращает в сильный красивый звук. То же самое происходит, если труба возбуждается «обертонами» — частотами кратными основной частоте.

Именно этим обстоятельством и воспользовались ученые. Они решили подавать к джозефсоновскому барьеру электромагнитные колебания от постороннего источника. При некоторых частотах, в точности соответствовавших представлениям Джозефсона, ток в цепи резко возрастал. Это хотя и красивое, но косвенное доказательство существования второго эффекта.

Прямая проверка впервые состоялась в 1965 году в Харькове.

Экспериментальная установка, созданная И. Янсоном, В. Свистуновым и И. Дмитренко, внешне не представляет собой ничего особенного, но тем не менее она истинное произведение инженерно-физического искусства. Барьер Джозефсона располагается в волноводе — совершенном канале, способном без потерь передавать микроволновое излучение. В роли сверхчувствительного уха — микроволновый детектор. Находясь в Москве, он мог бы измерить электромагнитную мощность, попавшую в глаз москвича от стоваттной электролампочки, зажженной в Ленинграде,.

В баллоне с джозефсоновским барьером поддерживается температура всего на несколько градусов выше абсолютного нуля: это нужно для получения сверхпроводимости.

Начинается опыт. На барьер подается ток, он постепенно увеличивается. На шкале вольтметра внезапно появляется напряжение. И в этот момент детектор обнаруживает слабое микроволновое излучение, идущее из барьера. Обычный постоянный трк породил переменный ток сверхвысокой частоты и связанное с ним излучение! Такого еще не было.

Проанализировав состав излучения, ученые убедились: это излучение — мо-нохроматично и когерентно — все волны одной длины и в одной фазе, как в излучении мазеров. Но не в пример «обычным» мазерам, мазер Джозефсона управляем: меняя величину постоянного тока, ученые регулировали частоту излучения.

Услужливое воображение подсказывает десятки возможных применений джозефсоновских барьеров.

Первое — очевидное — мазер с регулируемой настройкой. Пока это самый короткий путь к созданию таких устройств.

Фантастические возможности открывают барьеры и в сверхточном измерении магнитных полей. Ведь каждая ступень на вольтамперной характеристике барьера отражает изменение магнитного потока всего лишь на один квант! Слыханное ли дело — замерить количество квантов потока! Ведь квант потока — ничтожно малая величина, равная всего лишь 2 ♦ Ю-⁷ максвелла (поток небольшого школьного подковообразного магнита измеряется сотнями тысяч максвелл). Уже сейчас с помощью джозефсоновских барьеров измерены магнитные поля в миллионные доли гаусса.

Барьер Джозефсона, быть может, станет чувствительнейшей «космической ищейкой», «магнитным локатором», которому под силу найти в немыслимых глубинах пространства даже небольшой сделанный человеком предмет.

Но, пожалуй, главное поле применения джозефсоновских эффектов иное. В них квантовомеханические эффекты, невидимые и неощутимые, дают почувствовать себя в нашем, человеческом, макроскопическом масштабе. Неслышен, если можно так выразиться, «шаг» частицы. Но человек способен услышать громовую поступь миллиардов частиц, идущих «в ногу». Не часто выпадает на долю ученого такая удача. Измеряя одновременно напряжение и частоту излучения в барьере, можно определить универсальную физическую константу h/e с точностью, о которой раньше не приходилось и мечтать. Заряд электрона — одного только электрона! — и постоянную Планка, необходимые на каждом шагу, удастся измерить обычными лабораторными приборами.

Поскольку микроволновое излучение отражает сложные электронные процессы в глубинах вещества, оказывается, что обычным реостатом можно будет воздействовать на интимнейшие процессы в недрах материи. Впервые в физике человек столь явно ощутит себя хирургом, способным оперировать объекты микромира.

МОЛОДЫЕ ПИСАТЕЛИ-ФАНТАСТЫ!

В СВОИХ ПИСЬМАХ В РЕДАКЦИЮ ВЫ ПРОСИТЕ ПРОДЛИТЬ СРОК

МЕЖДУНАРОДНОГО КОНКУРСА НА НАУЧНО-ФАНТАСТИЧЕСКИЙ

РАССКАЗ,

о котором мы сообщили во втором номере журнала.

Мы выполняем вашу просьбу И ПРОДЛЕВАЕМ КОНКУРС ДО 1 СЕНТЯБРЯ 1968 г.

МЫ РАДЫ СООБЩИТЬ ВАМ, ЧТО ПОБЕДИТЕЛЕЙ ЖДУТ НЕ ТОЛЬКО ЦЕННЫЕ ПРИЗЫ, НО И ТУРИСТСКИЕ ПУТЕВКИ В СТРАНЫ НАШИХ ДРУЗЕЙ.

4