Техника - молодёжи 1989-06, страница 27

_____г I ........SbL/

С&и/зха/зсвоанигф

_J»_ т

Рис 7. Элемент Джозефсона представляет собой два сверхпроводника с тонким слоем диэлектрика между ними. Справа для сравнения — принципиальное устройство транзистора

ющая контактные площадки. Она играет роль вентиля. Затем снова наносится изолирующий слой, пос ле чего напыляется другая полоска, перпендикулярная первой — управляющая шина. Ток, проходящий через нее, и создает магнитное поле, которое разрушает сверхпроводимость в вентиле. Переключение такого прибора происходит всего за 10 ~ с.

И все же... криотроны проиграли в конкурентной борьбе. Их ахиллесовой пятой оказался дорогостоя щий жидкий гелий — только он мог обеспечить нужную им рабочую температуру. В 60-х годах криот роны стали сдавать позиции «теплокровным» транзисторам, основным преимуществом которых было то, что они работали при комнатной температуре. В электронике произошло нечто уже случившееся когда-то в живой природе. Более слож ные, менее экономичные, но лучше приспособленные к внешним чусло-виям особи взяли вверх.

Открытие, сделанное на бумаге

В конце 50-х — начале 60-х годов электронику охватил полупроводниковый бум. Габариты приборов по сравнению со старыми ламповы ми уменьшились в десятки и сотни раз, электротехнические устройства становились надежнее, потреб ляли меньшую, по сравнению с ламповыми (но не криотронными) приборами, мощность.

Почти все электронщики ученые и конструкторы — переключились на транзисторы. Лишь немногие сохранили верность сверхпро водящим устройствам. Среди них был и английский физик Б. Джо-зефсон. Однажды он подумал: а что, если поместить между двумя

сверхпроводниками тончайшии слой диэлектрика и подать на них напряжение? (Такая конструкция напоминает принципиальную схему транзистора, см. рис. 7, только зонам р-проводимости соответствуют сверхпроводники, а зоне п-про-водимости — слой диэлектрика.) Согласно положениям квантовой механики электроны при определенных условиях (достаточно низ кой температуре и достаточно малом зазоре между проводниками) смогут преодолеть энергетический барьер — туннелировать через диэлектрик. В цепи возникнет электрический ток.

Слой диэлектрика, по расчетам Джозефсона, не должен был превышать 40 А, а вся конструкция должна была охлаждаться до температуры сверхпроводимости.

Статью, в которой были изложены эти соображения, ученый опубликовал в 1962 году. Годом позже все предсказания Джозефсона (в том числе и относительно нестационарного туннельного эффекта в контакте «сверхпроводник — диэлектрик — сверхпроводник» — если напряжение между сверхпроводниками будет выше некоего кри тического, туннелирование электронов будет сопровождаться коротковолновым излучением) блестяще подтвердились в эксперименте, который провели американцы И. Андерсон и Дж. Роуэли. Контакт с диэлектриком между сверхпровод никами, а также открытый эффект назвали именем Джозефсона. Оказалось, что этот контакт (его назы вают еще элемент Джозефсона, прибор Джозефсона) способен осуществлять переключение цепи за рекордно короткое время — по

рядка 10"⁹с. Подобным быстродействием не обладал ни один транзистор.

Но это был далеко не последний рекорд. В 1964 году группа американских ученых (Ж. Ланген-берг, Д. Скалапино, Б. Тейлор) измерила высокочастотную мощность, выделяемую при нестационарном эффекте Джозефсона. Она составила 10'" Вт. Для сравнения скажем: примерно такая же мощность светового потока выпадает на долю нашего глаза, если рассматривать 100-ваттную лампочку с расстояния 500 км. А через год советские физики зарегистрировали излучение на контакте Джозефсона мощностью всего 10"^1э Вт! При работе такого сверхпроводящего элемента тепловая энергия практиче ски не выделяется.

Вот почему, несмотря на поваль

( с ycttycHcrtiejbttu овал,*-ьыесл*; источник тп1*ни&~

/ cjLcttMIUtHAU yiVHAHO&r*-

----„г— л. __________^г. впаАл-ышалл-^ к-\

ЛжозвфсонА- if. tji Й

Ш:

Рис 8. Схема криогенного компьютера фирмы ЦВМ

Рис. 9. Принцип открытого охлаждения.

₍ Тёамм/л m ir/Ut№HCro КЬАРЦЛ

I ССуЛ

25