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Josephson Kontakte

THz Antenne
Logarithmisch-periodische Antenne zum Empfang von Mikrowellenstrahlung mit dem Josephson-Kontakt in der Mitte (Ausschnitt 2 mm x 1,25 mm).

Sensoren aus Tieftemperatur- und Hochtemperatur-Supraleitern werden zur Detektion von Mikrowellen- und Terahertzstrahlung standardmäßig eingesetzt, wenn möglichst empfindliche Sensoren, wie z.B. in der Radioastronomie benötigt werden. Dabei kommen sogenannte SIS-Josephson-Kontakte (Supraleiter-Isolator- Supraleiter-Kontakte) aus den Tieftemperatur-Supraleitern Nb oder NbN als Detektoren im Bereich von 300-1200 GHz zum Einsatz, die als sehr empfindliche Detektoren in diesem Frequenzbereich nahe über dem fundamentalen Quantenlimit arbeiten und für den Einsatz auf 4.2 K abgekühlt werden müssen. Wir konnten im Jahr 2004 zeigen, dass mit Josephson-Kontakten aus Hochtemperatur- Supraleitern (Betrieb mit flüssigem Stickstoff bei 77 K) ebenfalls solche höchstfrequenten Signale aufgenommen und analysiert werden können, wie im Bild gezeigt ist. Dabei fungiert der Josephson-Kontakt als Lokaloszillator und Mischer, der es erlaubt die höchstfrequenten Signale spektroskopisch nachzuweisen. Unter Einstrahlung von Mikrowellen entsteht an einem Josephson-Kontakt in der U-I-Kennlinie eine Stufe konstanter Spannung, wobei die Spannung direkt proportional zur eingestrahlten Frequenz ist:

Josephson-Kontakt
Josephson-Kontakt:U-I-Kennlinie und gemessene Mikrowellen-Spektren von Mikrowellen

U = f · h/2e = f · 2,07mV/1000 GHz
( h = Planck’sches Wirkungsquantum, e = Elementarladung)
Die präzise Darstellung der Einheit Volt wird messtechnisch mit Hilfe von Josephson-Kontakten realisiert.

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