Wat is het Josephson-effect?
Het Josephson-effect is de passage van gepaarde elektronen door een dunne, isolerende diëlektrische barrière die tussen twee supergeleiders is geplaatst. Een cooper-paar elektronen passeert door de isolerende laag via een tunneleffect. Er is geen spanningsval terwijl de stroom onder een specifiek niveau blijft, dat bekend staat als de kritieke stroom. Onder constante, positieve spanningen worden zowel alternerende stromen als directe stromen van de doorgang van elektronen behouden. Het effect werd in de vroege jaren zestig door de theorie voorspeld door Brian D. Josephson en wordt gebruikt om metingen te doen aan zeer lage temperaturen en in Josephson-verbindingsschakelingen die snel signalen kunnen schakelen om gegevens op te slaan.
Elektronen passeren een isolerende film die microscopisch dun is. Het Josephson-effect kan worden bestuurd door een magnetisch veld aan te leggen dat de sterkte van een superstroom over de barrière vermindert. Magnetische velden worden geblokkeerd om het binnenland van de Josephson-kruising binnen te komen door fractionele wervelingen. De huidige sterkte stijgt en daalt op verschillende punten terwijl de veldsterkte wordt geïntensiveerd, waardoor signaaldoorgang en schakeling kunnen worden geregeld.
Wanneer de supergeleiders worden blootgesteld aan gelijkstroom, worden elektronenparen door een barrière geleid wanneer elektromagnetische golven vrijkomen, wat resulteert in de productie van kleine hoeveelheden licht in plaats van warmte. Het Josephson-effect kan ook worden toegepast op radio-elektronica die wordt gebruikt in extreem koude omstandigheden, omdat een Josephson-knooppunt kan werken als een elektromagnetische oscillatiesensor. Circuits die op dit knooppunt zijn gebaseerd, kunnen ook gegevens opslaan en in krappe ruimtes worden vervaardigd omdat ze zo efficiënt zijn, zodat gebruik in computers mogelijk is.
Het Josephson-effect treedt op bij zeer lage temperaturen en is het meest efficiënt bij temperaturen in de buurt van nul graden Kelvin (ongeveer -460 °: F). Systemen die dit effect gebruiken, kunnen losjes worden verbonden om magnetische velden te meten. Ze kunnen ook lage stroomniveaus genereren als onderdeel van generatoren die kunnen worden ontworpen om over veel frequenties te schakelen. Hoe het Josephson-effect wordt gebruikt, hangt af van de kennis van een ingenieur in de kwantumfysica en wordt gemeten met behulp van verschillende complexe wiskundige formules.
Instrumenten met Josephson-knooppunten gebruiken het Josephson-effect om precieze dimensionale metingen uit te voeren, elektromagnetische signalen te versterken en snelle computers aan te sturen. Een Josephson-tunnelverbinding schakelt signalen sneller dan elke andere halfgeleiderschakelaar. Een dergelijk systeem kan werken op gelijkstroom of microgolffrequenties, dus supergeleiders kunnen worden gebruikt in veel verschillende metrologie- en computertoepassingen.