Qual è l'effetto Josephson?
L'effetto Josephson è il passaggio di elettroni accoppiati attraverso una sottile barriera dielettrica isolante posta tra due superconduttori. Una coppia di elettroni di bottaio passa attraverso lo strato isolante attraverso un effetto tunnel. Non si verifica alcuna caduta di tensione mentre la corrente rimane al di sotto di un livello specifico, noto come corrente critica. In presenza di tensioni positive costanti, vengono mantenute correnti alternate e correnti dirette dal passaggio degli elettroni. L'effetto è stato predetto dalla teoria nei primi anni '60 da Brian D. Josephson, e viene utilizzato per effettuare misurazioni di temperature molto basse e nei circuiti di giunzione Josephson in grado di commutare rapidamente segnali per memorizzare i dati.
Gli elettroni passano attraverso un film isolante microscopicamente sottile. L'effetto Josephson può essere controllato applicando un campo magnetico che riduce la forza di una supercorrente attraverso la barriera. I campi magnetici sono bloccati dall'entrare all'interno della giunzione Josephson da vortici frazionari. L'intensità di corrente aumenta e diminuisce in punti diversi mentre l'intensità di campo viene intensificata, consentendo il controllo del passaggio e della commutazione del segnale.
Quando i superconduttori sono esposti alla corrente continua, le coppie di elettroni passano attraverso una barriera mentre le onde elettromagnetiche vengono rilasciate, il che si traduce in una produzione di piccole quantità di luce anziché di calore. L'effetto Josephson può essere applicato anche all'elettronica radio utilizzata in condizioni estremamente fredde, poiché una giunzione Josephson può funzionare come un sensore di oscillazione elettromagnetica. I circuiti basati su questa giunzione possono anche archiviare dati e possono essere fabbricati in spazi ristretti perché sono così efficienti, quindi è possibile l'uso nei computer.
L'effetto Josephson si verifica a temperature molto basse ed è più efficace a temperature vicine a zero gradi Kelvin (circa -460 °: F). I sistemi che utilizzano questo effetto possono essere liberamente collegati per misurare i campi magnetici. Possono anche generare bassi livelli di potenza come parte di generatori che possono essere progettati per essere commutati su molte frequenze. Il modo in cui viene utilizzato l'effetto Josephson dipende dalla conoscenza dell'ingegnere della fisica quantistica e viene misurato utilizzando una varietà di complesse formule matematiche.
Gli strumenti che incorporano giunzioni Josephson utilizzano l'effetto Josephson per effettuare misurazioni dimensionali precise, amplificare segnali elettromagnetici e guidare computer veloci. Gli interruttori di giunzione di un tunnel Josephson segnalano i segnali più velocemente di qualsiasi altro interruttore a semiconduttore. Tale sistema può funzionare a frequenze di corrente continua o microonde, quindi i superconduttori possono essere utilizzati in molte diverse applicazioni di metrologia e informatica.