Лекция 17 Применения СКВИДов и СП слабых связей. Метрология на основе СКВИДов и слабых связей Определение отношения e/h. 1) Основное Джозефсоновское соотношение: - презентация

1 Лекция 17 Применения СКВИДов и СП слабых связей

2 Метрология на основе СКВИДов и слабых связей Определение отношения e/h. 1) Основное Джозефсоновское соотношение: 2eV= =hf соответствует положению 1-ой ступеньки тока на ВАХ контакта в СВЧ поле частотой f или частоте Джозефсоновского излучения. 2) Т.е. измеряя V и f, получим отношение e/h. 3) Конечно, для сравнения с эталонным V (нормальным элементом) берут не 1-ую, а n-ую ступеньку (500-ую!!). 2eV=nhf Тогда точнее можно померить V. Ведь обычно работают с f~10ГГц, т.е. V 1 20мкВ. А нормальные элементы имеют V o =1.018В. Очень большой делитель напряжения нужен (ошибки). Для n=500 V мВ и делитель только 1:100. Это уже разумно.

3 Метрология на основе СКВИДов и слабых связей 4) Частота в СВЧ области мерится обычно очень хорошо. Измеряя с помощью компаратора V, получили в NBS (Национальное Бюро Стандартов США): 2e/h= Гц/В NBS. 5) У других – другие источники напряжения. Поэтому мировое научное сообщество приняло несколько другую цифру, совместимую с существующими стандартами напряжения большинства: 2e/h= Гц/В Международного бюро мер и весов. 6) Экспериментально показано, что величина 2e/h идентична с точностью при измерениях на Pb, Sn и In

4 Метрология на основе СКВИДов и слабых связей 4) Частота в СВЧ области мерится обычно очень хорошо. Измеряя с помощью компаратора V, получили в NBS (Национальное Бюро Стандартов США): 2e/h= Гц/В NBS. 5) У других – другие источники напряжения. Поэтому мировое научное сообщество приняло несколько другую цифру, совместимую с существующими стандартами напряжения большинства: 2e/h= Гц/В Международного бюро мер и весов. 6) Экспериментально показано, что величина 2e/h идентична с точностью при измерениях на Pb, Sn и In

5 Метрология на основе СКВИДов и слабых связей Эталон Вольта. 1) Если принята величина 2e/h, то по соотношению 2eV=hf(1) можно по f определить V. 2) Ранее эталон Вольта определяли по закону Ома V=IR Эталон тока при этом определяли по силе между двумя токонесущими проводниками. Эталон Ома – через сравнение импедансов резистора и конденсатора расчетной емкости. Очень трудный для воспроизведения (т.е. неточный) и дорогой процесс.

6 Метрология на основе СКВИДов и слабых связей Схема определения достаточно проста и может воспроизводиться в каждой стране. Для этого нужно: -стабильный генератор (+измерение его частоты); -переход Джозефсона (типично Pb-I-Pb или Nb-I-Pb); -делитель напряжения; нуль-детектор для сравнения напряжений на переходе Джозефсона и нормальном элементе

7 Метрология на основе СКВИДов и слабых связей Принципиальная схема: Здесь V R -нормальный элемент

8 Метрология на основе СКВИДов и слабых связей Измерение шумового напряжения. Термометрия 1) Трудности измерения Т при Т

9 Метрология на основе СКВИДов и слабых связей Измерение шумового напряжения. Термометрия

10 Метрология на основе СКВИДов и слабых связей Измерение шумового напряжения. Термометрия f=2eV/h (+V ш ) Т.е. V=I R+V ш f=(2e/h)(I R+V ш )

11 Метрология на основе СКВИДов и слабых связей Преимущества приборов, основанных на слабых СП связях. 1) Сверхвысокая чувствительность. 2) Очень высокая скорость обработки сигнала. 3) Малые ВЧ потери. 4) Возможность миниатюризации и интеграции. 5) Относительно простая технология.