fizik

ana

özel dosyalar

Genel fizik konuları

josephson tünellemesi

Yazar fizik

Perşembe, 01 Mart 2007

josephson tünellemesi

1961 yılında Brion Josephson, tek parçacık tünellemesine ek olarak, Cooper çiftlerinin de tünellenebileceği fikrini ortaya attı. Josephson, çiftlerin hiçbir dirençle karşılaşmadan tünellenerek bir dc akımı oluşturacağını öngörmüştür. Üstelik bu akım hiçbir gerilim farkı uygulanmadan da vardır. Josephson ayrıca, ekleme bir de gerilim uygulandığında; ikinci bir olay olarak bir ac akımının ortaya çıkacağını öngörmüştür.

Dc Josephson Olayı

Şekil 8.1.1 Çok ince bir yalıtkanla ayrılan iki süperiletkenden Josephson eklemi.

Şekil 8.1.1 de görüldüğü gibi, 1-2 nm kalınlığında ince bir oksit tabakası ile ayrılan iki süperiletken gözönüne alalım. Böyle bir yapı Josephson eklemi olarak bilinir. Bir süperiletkende çiftler Y = Y₀. eⁱ^fdalga fonksiyonu ile temsil edilebilir. Burada f, her çift için aynı olan fazı göstermektedir. Bir eklemdeki süperiletkenden birinin fazı f_1,diğerinin ki f₂ olmak üzere Josephson, sıfır gerilim farkı altında eklemden;

I_s = I_m . Sin (f₁, f₂) = I_m. Sin δ .... (43)

İle verilen bir süperakım geçtiğini göstermiştir. Burada I_m sıfır gerilim farkı altında eklemden geçen maksimum akımı göstermektedir. I_m in değeri, süperiletkenlerin temas yönlerine bağlıdır ve oksit tabakasının kalınlığı ile üstel olarak azalır. Jesephson etkisinin ilk doğrulanması 1963 yılında Rowell ve Anderson’dan geldi. O zamandan beri Jesephon’un tüm teorik öngörüleri kanıtlanmıştır. Bir Josephson eklemi için akım-voltaj grafiği şekil 8.12 de görülmektedir.

Şekil 8.1.2. Josephson ekleminin Akım – Voltaj eğrisi

. Ac Josephson Olayı

Bir josephson eklemine bir de voltajı uygulandığında çok dikkat çekici bir olay ortaya çıkar. Bu dc voltaj

I = I_m Sin (d-2pft) .......(44)

İle verilen bir ac akımı üretir. Burada d bir sabt olup t=0 daki faz, F de Josephson akımının

f = ......... (45)

ile verilen frekansıdır. 1 mV lik bir gerilim fark 483,6 MHz lik bir frekans doğrunun Frekans ve voltajın duyarlı ölçümleri, fizikçilerin e/h oranını daha önce düşünemeyecekleri bir doğrulukla tayin etmelerini mümkün kılmıştır.

Ac Josepson olayı değişik yollarla gösterilebilir. Bu yöntem, bir dc gerilim farkı uygulamak ve eklem tarafından üretilen elektromanyetik ışımayı algılamaktadır. Başka bir yöntem de eklemi, frekansı f olan bir dış ışınım ile ışınlamaktır. Bu yöntemde Josephson frekansı f, dış frekans f’nin tam katlarına eşit olduğunda; f’ye karşılık gelen voltaj değeri için I-V grafiklerinde basamaklar meydana gelir. Yani V=fh/ze=nfh/2e değerinde basamaklar oluşur.(Şekil 8.2.1). Eklemin iki tarafı farklı kuantum durumunda bulunduğundan; eklem, enerji soğutarak yada yayarak iki durum arasında geçiş yapan bir alan gibi davranır. Sonuç olarak bir Cooper çifti eklemi geçtiğinde, frekansı f=2eV/h olan birr foton yayılır ve soğurulur.