Перехід джозефсона з ефектом надслабкої надпровідності

Корисна модель відноситься до електроніки і призначено для реєстрації та перетворення електричних сигналів в мініатюрних малошумлячих електронних пристроях і може бути використаний в комп'ютерній техніці та в аналогово-цифрових перетворювачах. Відомий надпровідниковий перехід Джозефсона, який працює як надпровідниковий детектор магнітного поля та перетворювач струму. Перехід Джозефсона містить діелектричну підкладку, на якій знаходяться дві тонкі смужки надпровідників з шаром діелектрика на поверхні, що перетинаються або накладаються одна на одну [А. Бароне, Дж. Патерно "Ефект Джозефсона", Москва, "Мир", 1984]. Від однієї смужки надпровідника до другої крізь шар діелектрика, що їх розділяє, протікає надпровідний струм Джозефсона. Величина цього струму змінюється в залежності від величини прикладеного зовнішнього магнітного поля, в результаті перехід Джозефсона детектує прикладене зовнішнє магнітне поле. Недоліком цього пристрою є те, що шар діелектрика, що розділяє смужки надпровідників, є неоднорідним по прозорості, тому надпровідний струм Джозефсона протікає крізь нього неоднорідно, це приводить до небажаного неконтрольованого самоперемикання пристрою та до виникнення небажаного неконтрольованого гістерезису вольт-амперної характеристики пристрою. Це знижує ефективність пристрою. Найбільш близьким по технічній суті до запропонованї корисної моделі є «Елемент Джозефсона» (з. №2740260 Японія ІСМ №9 - 99, МКП 6 H01L 39/22), що складається з підкладки, на якій знаходяться перший та другий надпровідні шари, які розділені перехідним шаром. Недоліком елемента Джозефсона є те, що при великих прозоростях перехідного шару (навіть, якщо перехідний шар є однорідним) струм крізь перехідний шар протікає неоднорідно, це приводить до небажаного неконтрольованого самоперемикання пристрою та до виникнення небажаного неконтрольованого гістерезису вольт-амперної характеристики пристрою. В основу корисної моделі покладена задача створення переходу Джозефсона з оптимізованним протіканням надпровідного струму Джозефсона в ньому шляхом використання ефекту надслабкої надпровідності в ньому [див. Z. Long, M. D. Stewart, Т. Kouh, and J. M. Valles, “Subgap Density of States in Superconductor-Normal Metal Bilayers in the Cooper Limit” /Phys. Rev. Lett. 93, (2004) 257001]. Поставлена задача вирішується тим, що перехід Джозефсона з ефектом надслабкої надпровідності (ПДНН) містить підкладку, на якій знаходяться перший та другий надпровідні шари, розділені шаром діелектрика, при чому підкладка є пластиною із кремнію, на якій знаходиться шар діелектрика, а перший шар надпровідника має на поверхні тонкий шар товщиною в кілька атомних шарів з істотно подавленою надпровідністю. Тонкий поверхневий шар з істотно подавленою надпровідністю є пасткою для квазічастинок надпровідника, через це в ньому підвищується концентрація носіїв заряду, виникає ефект надслабкої надпровідності, перехід Джозефсона стає несиметричним двобар'єрним переходом Джозефсона, в результаті протікання надпровідного струму Джозефсона в ньому стає близьким до однорідного. На фіг. наведена блок-схема пристрою. Перехід Джозефсона з ефектом надслабкої надпровідності (ПДНН) включає (див. Фіг.) кремнієву підкладку 1, на якій розташовано шар діелектрика 2, на якому розташовано шар надпровідника З, на його поверхні знаходиться надтонкий шар товщиною в кілька атомних шарів з істотно подавленою надпровідністю 4, на якому розташовано шар діелектрика 5, і розміщено шар надпровідника 6, що перетинає його або лежить на ньому. Пристрій працює таким чином. Пристрій охолоджують до робочої температури нижче критичної температури надпровідного переходу шарів 3 і 6, самодовільно квазічастинки надпровідника потрапляють до поверхневого шару з подавленою надпровідністю 4, накопичуються в ньому і утворюють надлишкову концентрацію заряду в ньому, в результаті на границі розділу шарів 3 і 4 утворюється потенційний бар'єр, виникає ефект надслабкої надпровідності в бішарі 3-4, в результаті ПДНН перетворюється в несиметричний двобар'єрний перехід Джозефсона, в якому надпровідний струм Джозефсона протікає рівномірно, що приводить до підвищення ефективності роботи переходу Джозефсона в електронних пристроях на його основі. Доказом цього є зникнення гістерезису на вольт-амперній характеристиці пристрою, що свідчи ть про рівномірність протікання струму Джозефсона крізь пристрій та про гарантоване задане вмикання чи вимикання надпровідного струму Джозефсона, що протікає крізь ПДНН. Заявлений пристрій може бути ви готовленим як в лабораторних умовах так і в промислових.