Удивительный эффект Джозефсона

Открытое в 1911 году голландским физиком Х. Камерлинг-Оннесом явление сверхпроводимости долгое время представляло собой загадку для ученых. В развитие теории сверхпроводимости существенный вклад внесли работы двух групп советских физиков, возглавляемые Н. Н. Боголюбовым и Л. Д. Ландау.

Со сверхпроводимостью связана очень интересная область явлений, известных как эффект Джозефсона и являющихся следствием особой природы сверхпроводящего состояния. Если пропускать ток через брусок сверхпроводящего вещества, то вольтметр, присоединенный к концам этого бруска, покажет, что падение напряжения на нем равно нулю.

Если разрезать брусок на две части и разнести их на некоторое расстояние, скажем, 1 см, то ток прекратится, а вольтметр покажет напряжение источника тока. Если, однако, уменьшить расстояние между кусками примерно до 10 ангстрем, то возникает одно из двух удивительных явлений. Либо ток начнет без сопротивления протекать не только через два куска сверхпроводника, но и через щель между ними. Это – стационарный эффект Джозефсона – по цепи проходит ток, а вольтметр не показывает падения напряжения.

Может быть и так, что при наличии тока в цепи вольтметр показывает падение напряжения. При этом из щели между сверхпроводниками излучаются электромагнитные волны. Это явление называется нестационарным эффектом Джозефсона. Происходит как бы перескок куперовской пары из области высокого потенциала в область низкого, а избыток энергии переходит в энергию кванта. Этот эффект позволил провести самые точные измерения отношения постоянной Планка к заряду электрона.