Мезоскопическая сверхпроводимость, эффекты Джозефсона в наноструктурах

Один из основных разделов квантовой нанофизики - физика мезоскопических систем. Слово "мезоскопика" (в применении к физике) было заимствовано В.ван Кемпеном и М.Азбелем из палеонтологии и в применении к физике используется для обозначения сравнительно малых систем, число частиц в которых слишком велико для того, чтобы применять уравнения механики (в данном случае, квантовой), но слишком мало для использования статистики: флуктуации величин, характеризующих систему в целом, оказываются порядка их средних значений. В металлах характерным масштабом длины, разделяющим мезоскопические и макроскопические системы, является длина L_phi, на которой сохраняется фаза волновой функции электрона. В процессах, происходящих на размерах L < L_phi, необходимо учитывать интерференционные эффекты от электроных волн, прошедших по различным возможным путям. Длина фазовой когерентности L_phi выделяет "мезообласти", интерференция внутри которых определяет поведение всего макрообъекта. Впервые понятие длины фазовой когерентности L_phi было введено в 1979 г. в работе Л.Горькова, А.Ларкина и Д.Хмельницкого из ИТФ им. Ландау, посвященной вычислению температурной зависимости проводимости тонких металлических пленок при очень низких температурах. Эта работа впослествии оказалась одним из тех нескольких "камней", которые образовали фундамент квантовой нанофизики.

Экспериментальное изучение мезоскопических явлениий началось с опытов Ю.В.Шарвина и Д.Ю.Шарвина, выполненных в Институте физических проблем РАН им.П.Л.Капицы в 1981 году. Изучая тонкие пленки нормальных металлов, напыленных на тонкие кварцевые нити, они обнаружили осцилляции сопротивления в продольном магнитном поле, и показали, что эти осцилляции обусловлены интерференцией электронов, сохраняющих фазовую когерентность при упругих столкновениях при низких температурах. Эти экспериментальные результаты послужили мощным импульсом к началу экспериментальных исследований разнообразных электронных явлений в мезоскопических системах.

Важным направлением в мезоскопике является изучение флуктауций тока и напряжения, поскольку из-за относительно небольшого числа каналов проводимости флуктуационные части этих величин могут оказаться вовсе не малы по сравнению с их средними значениями. Теория дробового шума в мезоскопических проводниках начала свое развитие около 10 лет назад, главным образом начиная с работ Г. Лесовика (ИТФ им. Ландау). В настоящее время активно развиваются и экспериментальные исследования по этому направлению.

Одним из очень важных порождений мезоскопики, перспективных с точки зрения приложений, является одноэлектроника (иначе говоря, группа явлений, в которых существенна кулоновская блокада проводимости). Когда размер частиц металла или полупроводника d мал, мала и их емкость C ~ d; тогда перенос одного электрона с одной частицы на другую приводит к изменению энергии порядка E_C = e^2/2C. При достаточно низких температурах T <= E_C перенос электронов может быть существенно затруднен, что и называется кулоновской блокадой проводимости. Величиной зарядовой энергии можно управлять, изменяя напряжение на дополнительном электроде. Такие приборы с варьируемой кулоновской блокадой называют одноэлектронными транзисторами. Первые теоретические разработки в этой области были сделаны К.Лихаревым и Д.Авериным (Физфак МГУ) в середине 80-х годов.

 

 

главная     о центре     кафедры     исследования     обучение    публикации      контактная информация