Джозефсоновский точечный контакт Советский патент 1976 года по МПК H01L21/00 

1

Изобретение относится к криогенной электронике и может быть использовано для генерации, смещения и детектирования электромагнитного излучения в широкой области частот ГЦ, а также в стандарте напряжения.

Работа джозефсоновского контакта основана на двух эффектах, открытых более десяти лет назад. Однако практическое использование этих эффектов началось сравнительно недавно, что объясняется трудностью создания стабильных с большим сроком службы коптактов.

Джозефсоновский точечный контакт содержит проволочный электрод с острозаточенным концом, плоский электрод и механизм настройки контакта, с помощью которого острозаточенный конец одного электрода подводится по направлению нормали к контактной поверхности другого (плоского) электрода до возникновения слабой связи между сверхпроводящими электродами. Проволочный электрод закреплен в держателе таким образом, чтобы его можно было легко извлечь и заново заострить, так как обычно после каждого сведения электродов ранее произведенная заточка электрода портится (кончик электрода сплющивается, сгибается). Поскольку для достижения слабой связи требуется обеспечить прецизионную плавность и точность перемещения электродов (10 -10 см), механизм настройки контакта представляет собой сложное устройство.

Описанная конструкция джозефсоновского точечного контакта имеет существенные недостатки. Так, труднокомпенсируемый по тепловым коэффициептам длинномерный механизм настройки, предназначенный для работы в широком температурном интервале (300- 1,5)°К не только усложняет конструкцию контакта, но и не обеспечивает стабильности его параметров. Джозефсоповский точечный контакт неустойчив к механическим ударам, его параметры пе воспроизводятся при повторных циклах охлаждения до гелиевых температур и продолжительном храпении при комнатной температуре.

Проволочный электрод линейной геометрии не обеспечивает жесткости конструкции из-за малой площади касания заточенного конца с плоским электродом.

Деформация конца проволочного электрода при повторных механических подрегулировках препятствует получению воспроизводимых параметров точечного контакта. Отсутствие защиты контакта от кислорода воздуха уменьшает срок его службы. Наличие механизма настройки усложняет встраивание контакта в СВЧ-устройство.

Целью изобретения является повышение стабильности и воспроизводимости параметров джозефсоновского точечного контакта в течение длительного времени после многократных циклов охлаждения - нагрева и исключение при эксплуатации внешних механических подрегулировок контакта.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что проволочный электрод изгибается в виде петли (концы которой закрепляются в электроде-держателе) и прижимается наиболее удаленной от держателя точкой к плоскому электроду, а оба электрода герметично соединены с торцовыми поверхностями изолирующей втулки, расположенной между ними. Это позволяет создать ненастраиваемую герметичную конструкцию джозефсоновского точечного контакта с улучшенной механической жесткостью, обладающей стабильными воспроизводимыми параметрами.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Джозефсоновский точечный контакт содержит изолирующую втулку 1, электрод-держатель 2 контактной петли 3, плоский электрод 4.

Электрод-держатель 2 и плоский электрод 4, выполненные из массивного куска ниобия, имеют цилиндрические проточки для захода в изолирующую втулку 1 и герметизации соединения (например, путем пайки) с ее торцовыми поверхностями. Контактная петля 3 изготовлена из упругой ниобиевой проволоки диаметром 10-100 мкм. Концы петли закреплены на электроде-держателе. В собранном виде контактная петля прижата наиболее удаленной от электрода-держателя точкой к контактной поверхности плоского электрода, при этом обеспечивается необходимая слабая связь. Выполнение проволочного электрода в

О

виде петли позволяет производить сборку контакта путем многократных поверок (чего нельзя сделать с острозаточенным проволочным ,электродом) и существенно повысить жесткость конструкции за счет увеличения площади контакта и большей жесткости петли по сравнению с проволочным электродом линейной геометрии. Петля также служит термокомпенсатором, благодаря чему сохраняется работоспособность конструкции при резких перепадах температуры (300-1,5)°К.

Предложенный Джозефсоновский точечный контакт может быть назван джозефсоновским диодом (ДТД). Его удобно встраивать в

СВЧ-тракт. Так, например, помещенный в облучатель трехсантиметрового диапазона, ДТД позволяет получить постоянное джозефсоновское напряжение выше 2А/е, где А - ширина энергетической щели сверхпроводника.

Простота конструкции предложенного точечного контакта позволяет наладить их массовое изготовление.

Формула изобретения

Джозефсоновский точечный контакт, содержащий изготовленные пз сверхпроводящего материала, например из ниобия, лроволочный электрод, электрод-держатель, скрепленный одним концом с проволочным электродом и

плоский электрод, контактирующий с проволочным электродом, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности и воспроизводимости параметров после многократных циклов охлаждения и отогрева, проволочный электрод выполнен в форме петли, контактирующей наиболее удаленной от электрода-держателя точкой с плоскостью второго электрода, который жестко соединен с электродом-держателем герметично выполненной

изолирующей втулкой.

Юми