Программа курса "Введение в сверхпроводимость и сверхпроводниковую электронику"
профессор, д.ф.-м.н В.Н.Губанков1. Введение. Историческая справка: обнаружение и исследование явления сверхпроводимости. Теоретические исследования: теории Лондонов, Гинзбурга-Ландау-Абрикосова-Горькова, Бардина-Купера-Шриффера. Макроскопические квантовые эффекты (квантование магнитного потока, эффекты Джозефсона ). Туннельные сверхпроводниковые переходы. Практическое значение сверхпроводимости: сверхпроводниковые электронные устройства. Высокотемпературная сверхпроводимость - проблемы и перспективы.
2. Основные экспериментальные факты - характеристики сверхпроводимости. Отсутствие электрического сопротивления на постоянном токе в состоянии сверх- проводимости. Разрушение сверхпроводимости магнитным полем. Выталкивание магнитного потока (эффект Мейсснера ). Скачок теплоемкости при переходе в сверхпроводящее состояние. Изотопический эффект.
3. Уравнения Лондонов. Проникновение магнитного поля в сверхпроводник. Глубина проникновения магнитного поля. Промежуточное и смешанное состояние сверхпроводников.
4. Термодинамика сверхпроводников. Фазовый переход «нормальное состояние - сверхпроводящее состояние» в отсутствие и при наличии магнитного поля. Энтропия сверхпроводника. Теплоемкость. Свободная энергия.
5. Уравнения Гинзбурга-Ландау. Длина когерентности. Эффект близости (явления в области S-N границы). Критическое магнитное поле тонкой пленки. Критический ток тонкой пленки. Образование сверхпроводящих зародышей внутри массивного образца при уменьшении магнитного поля. Сверхпроводники 1-го и 2-го рода. Образование зародышей вблизи поверхности образца (поверхностная сверхпроводимость).
6. Структура изолированного вихря в сверхпроводнике 2-го рода. Первое и второе критические поля. Смешанное состояние. Динамика смешанного состояния при увеличении магнитного поля от Hc1 до Нс2. Критический ток в сверхпроводниках 2-го рода. Взаимодействие вихрей с центрами пиннинга. Резистивное состояние.
7. Микроскопическая теория сверхпроводимости. Электрон-фононное взаимодействие. Основное состояние сверхпроводника. Спектр электронных возбуждений в сверхпроводнике. Энергетическая щель. Зависимость энергетической щели от температуры.
8. Одноэлектронное туннелирование в структурах сверхпроводник-изолятор-нормальный металл и сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник.
9. Слабая сверхпроводимость. Фазовая когерентность и виды слабой связи. Эффекты Джозефсона. Влияние электромагнитного излучения на вольт-амперную характеристику джозефсоновского перехода.
10. Квантование магнитного потока. Сверхпроводящие квантовые интерферометры.
11. Сверхпроводниковые детекторы слабых электромагнитных излучений, генераторы и усилители. Эталон Вольта с использованием эффекта Джозефсона. Спектроскопия электромагнитного излучения на основе эффекта Джозефсона.
12. СКВИД`ы. Высокочувствительные измерения слабых магнитных полей.
13. Сверхпроводниковые элементы памяти и логики
14. Использование высокотемпературных сверхпроводников в сверхпроводниковой электронике.
Литература
В.В.Шмидт. Введение в физику сверхпроводников, МЦНМО, Москва, 2000.
А.Бароне, Дж.Патерно. Эффект Джозефсона. "Мир", Москва, 1984.© ИРЭ РАН 2005