Hva er Josephson-effekten?

Josephson-effekten er passering av sammenkoblede elektroner gjennom en tynn, isolerende dielektrisk barriere plassert mellom to superledere. Et samvirkende par elektroner passerer gjennom det isolerende laget via en tunneleffekt. Det er ikke noe spenningsfall mens strømmen holder seg under et spesifikt nivå, som er kjent som den kritiske strømmen. Under konstante positive spenninger opprettholdes vekselstrømmer såvel som direkte strømmer fra passering av elektron. Effekten ble spådd av teori på begynnelsen av 1960-tallet av Brian D. Josephson, og brukes til å ta målinger av veldig lave temperaturer og i Josephson-veikrysskretser som raskt kan bytte signal til lagring av data.

Elektroner passerer gjennom en isolerende film som er mikroskopisk tynn. Josephson-effekten kan styres ved å bruke et magnetfelt som reduserer styrken til en superstrøm over barrieren. Magnetiske felt blir blokkert fra å komme inn i det indre av Josephson-krysset av brøkvorter. Strømstyrken stiger og faller på forskjellige punkter mens feltstyrken intensiveres, noe som gjør det mulig å kontrollere signalpassasje og svitsjing.

Når superlederne blir utsatt for likestrøm, føres elektronpar gjennom en barriere når elektromagnetiske bølger frigjøres, noe som resulterer i produksjon av små mengder lys i stedet for varme. Josephson-effekten kan også brukes på radioelektronikk som brukes i ekstremt kalde forhold, fordi et Josephson-veikryss kan fungere som en elektromagnetisk svingningssensor. Kretser basert på dette krysset kan også lagre data, og kan produseres i trange rom fordi de er så effektive, så bruk på datamaskiner er mulig.

Josephson-effekten forekommer ved veldig lave temperaturer, og er mest effektiv ved temperaturer nær null grader Kelvin (ca. -460 °: F). Systemer som bruker denne effekten, kan kobles løst til for å måle magnetiske felt. De kan også generere lave strømnivåer som en del av generatorer som kan utformes for å bytte over mange frekvenser. Hvordan Josephson-effekten brukes, avhenger av en ingeniørs kunnskap om kvantefysikk, og den måles ved å bruke en rekke komplekse matematiske formler.

Instrumenter som inneholder Josephson-veikryss bruker Josephson Effect for å foreta presise dimensjonale målinger, forsterke elektromagnetiske signaler og drive raske datamaskiner. Et Josephson tunnelkryss bytter signaler raskere enn noen annen halvlederbryter. Et slikt system kan operere ved likestrøm eller mikrobølgefrekvenser, så superledere kan brukes i mange forskjellige metrologi- og databehandlingsapplikasjoner.