Co je Josephsonův efekt?
Josephsonův efekt je průchod spárovaných elektronů tenkou izolační dielektrickou bariérou umístěnou mezi dvěma supravodiči. Izolační dvojice elektronů prochází izolační vrstvou prostřednictvím tunelového efektu. Nedochází k žádnému úbytku napětí, zatímco proud zůstává pod určitou úrovní, která je známá jako kritický proud. Pod konstantními hodnotami jsou udržována kladná napětí, střídavé proudy i přímé proudy z průchodu elektronů. Účinek byl předpovídán teorií na počátku šedesátých let Brianem D. Josephsonem a používá se k měření velmi nízkých teplot a ve spojovacích obvodech Josephson, které mohou rychle přepínat signály pro ukládání dat.
Elektrony procházejí izolačním filmem, který je mikroskopicky tenký. Josephsonův efekt lze ovládat použitím magnetického pole, které snižuje sílu superproudu přes bariéru. Magnetická pole jsou blokována vniknutím do vnitřku křižovatky Josephson frakčními víry. Aktuální síla stoupá a klesá v různých bodech, zatímco intenzita pole je zesílena, což umožňuje kontrolovat průchod signálu a přepínání.
Když jsou supravodiče vystaveny stejnosměrnému proudu, procházejí páry elektronů bariérou při uvolňování elektromagnetických vln, což má za následek produkci malého množství světla místo tepla. Josephsonův efekt lze také použít na rádiovou elektroniku používanou v extrémně chladných podmínkách, protože křižovatka Josephson může fungovat jako elektromagnetický snímač kmitání. Obvody založené na tomto spojení mohou také ukládat data a mohou být vyrobeny do stísněných prostorů, protože jsou tak efektivní, takže je možné použití v počítačích.
Josephsonův efekt se vyskytuje při velmi nízkých teplotách a je nejúčinnější při teplotách blízkých nule Kelvinům (asi -460 ° F). Systémy, které používají tento efekt, mohou být volně připojeny k měření magnetických polí. Mohou také generovat nízkou úroveň energie jako součást generátorů, které mohou být navrženy tak, aby se přepínaly na mnoho frekvencí. Jak se používá Josephsonův efekt, závisí na znalosti inženýra z kvantové fyziky a měří se pomocí různých komplexních matematických vzorců.
Nástroje, které obsahují křižovatky Josephson, používají Josephsonův efekt k provádění přesných rozměrových měření, zesílení elektromagnetických signálů a řízení rychlých počítačů. Spojení tunelů Josephson přepíná signály rychleji než jakýkoli jiný polovodičový spínač. Takový systém může pracovat na stejnosměrných nebo mikrovlnných frekvencích, takže supravodiče mohou být použity v mnoha různých metrologických a výpočetních aplikacích.