Когерентное туннелирование куперовских пар из одного сверхпроводника в другой (через тонкий диэлектрический слой) приводит к эффекту Джозефсона: стационарному (когда постоянный ток течет через диэлектрик в отсутствие напряжения) и нестационарному (когда при постоянном напряжении ток через контакт осциллирует). Этот эффект не только интересен с фундаментальной точки зрения (поскольку представляет собой яркий пример макроскопического проявления квантовых законов), но и лежит в основе важных практических применений явления сверхпроводимости (стандарт напряжения, сверхчувствительные датчики магнитного поля и др.).

Рис.1. Эффект Джозефсона в бозе-конденсате атомов 87Rb: a - нестационарный: быстрое перемещение пучка-барьера индуцирует периодическое "перетекание" атомов из одной части ловушки в другую и обратно; b - стационарный: при медленном перемещении пучка атомы туннелируют только в одном направлении, так что атомные концентрации в обеих частях ловушки остаются одинаковыми (при этом скорость перемещения пучка должна быть меньше критической величины vc ~ 40 мкм/с – по аналогии с критическим током в сверхпроводниковом джозефсоновском контакте).

Сотрудники института Technion (Израиль) показали, что эффект Джозефсона имеет место и в атомной системе, если последняя, как и электроны в сверхпроводнике, описывается единой волновой функцией. Они охладили газ из ~ 10⁵ атомов ⁸⁷Rb в магнитной ловушке ниже температуры перехода в сверхтекучее состояние и разделили его лазерным пучком на две части. Этот пучок выполнял ту же функцию, что и диэлектрическая прослойка в контакте сверхпроводник- диэлектрик-сверхпроводник: он не позволял атомам свободно пролетать из одной части ловушки в другую, но при этом был достаточно тонким, чтобы атомы могли туннелировать через него с ненулевой вероятностью. Быстрое смещение пучка в сторону от центра ловушки приводит к тому, что концентрация атомов в разных частях ловушки становится различной, и поэтому энергии межатомного взаимодействия (а значит и химические потенциалы) в этих частях соответствующим образом изменяются. Различие химпотенциалов здесь играет ту же роль, что разница электрических потенциалов в электронике: атомы стремятся перейти в область с низким химпотенциалом. Но интерференция двух "волн материи" из разных частей ловушки приводит к периодическому изменению направления преимущественного туннелирования атомов (рис. 1a) – как и при нестационарном эффекте Джозефсона. Если же пучок смещать достаточно медленно, то концентрации атомов (и химпотенциалы) в обеих частях конденсата остаются одинаковыми, и через пучок-барьер течет "атомный сверхток" (рис. 1b) – как при стационарном эффекте Джозефсона.

Бозе-эйнштейновский конденсат – вещь достаточно сложная в изготовлении и очень деликатная в обращении. Поэтому вряд ли атомный эффект Джозефсона найдет такое же широкое применение, как электронный. И, тем не менее, израильские ученые все же не исключают перспективы его практического использования в чрезвычайно чувствительных датчиках вращения для систем навигации ракет и самолетов. Но гораздо больше пользы он может принести фундаментальной науке. В первую очередь это связано с простотой контроля проницаемости "лазерного барьера" (достаточно изменить мощность лазера) и с возможностью регулировки силы межатомного взаимодействия. Вот только температура должна быть очень низкой. Но тут уж ничего не поделаешь…

Источник информации - заметка Л.Опенова в бюллетене ПерсТ, выпуск 21 за 2007 г.