Co to jest efekt Josephsona?
Efekt Josephsona to przejście sparowanych elektronów przez cienką izolacyjną barierę dielektryczną umieszczoną między dwoma nadprzewodnikami. Para elektronów miedzianych przechodzi przez warstwę izolacyjną poprzez efekt tunelowania. Nie ma spadku napięcia, podczas gdy prąd pozostaje poniżej określonego poziomu, który jest znany jako prąd krytyczny. Pod stałymi dodatnimi napięciami utrzymywane są prądy przemienne, a także prądy stałe z przejścia elektronów. Efekt został przewidziany teoretycznie na początku lat 60. XX wieku przez Briana D. Josephsona i jest wykorzystywany do wykonywania pomiarów bardzo niskich temperatur oraz w obwodach połączeń Josephsona, które mogą szybko przełączać sygnały w celu przechowywania danych.
Elektrony przechodzą przez cienką mikroskopowo warstwę izolacyjną. Efekt Josephsona można kontrolować poprzez zastosowanie pola magnetycznego, które zmniejsza siłę nadprądu w poprzek bariery. Pola magnetyczne są blokowane przed wejściem do wnętrza skrzyżowania Josephsona przez ułamkowe wiry. Natężenie prądu rośnie i spada w różnych punktach, a natężenie pola jest intensyfikowane, co pozwala kontrolować przepływ sygnału i przełączanie.
Gdy nadprzewodniki są poddawane działaniu prądu stałego, pary elektronów przechodzą przez barierę w miarę uwalniania fal elektromagnetycznych, co powoduje wytwarzanie niewielkich ilości światła zamiast ciepła. Efekt Josephsona można również zastosować do elektroniki radiowej używanej w ekstremalnie niskich temperaturach, ponieważ złącze Josephsona może działać jak czujnik oscylacji elektromagnetycznej. Obwody oparte na tym połączeniu mogą również przechowywać dane i mogą być wytwarzane w ciasnych przestrzeniach, ponieważ są tak wydajne, że możliwe jest ich użycie w komputerach.
Efekt Josephsona występuje w bardzo niskich temperaturach i jest najbardziej wydajny w temperaturach bliskich zeru stopni Kelvina (około -460 °: F). Systemy wykorzystujące ten efekt można luźno podłączyć do pomiaru pól magnetycznych. Mogą również generować niskie poziomy mocy jako część generatorów, które można zaprojektować do przełączania na wiele częstotliwości. Sposób wykorzystania efektu Josephsona zależy od wiedzy inżyniera w zakresie fizyki kwantowej i jest mierzony za pomocą różnych złożonych wzorów matematycznych.
Instrumenty zawierające połączenia Josephsona wykorzystują Efekt Josephsona do wykonywania precyzyjnych pomiarów wymiarowych, wzmacniania sygnałów elektromagnetycznych i napędzania szybkich komputerów. Złącze tunelowe Josephsona przełącza sygnały szybciej niż jakikolwiek inny przełącznik półprzewodnikowy. Taki system może działać na częstotliwościach prądu stałego lub mikrofal, więc nadprzewodniki mogą być stosowane w wielu różnych zastosowaniach metrologicznych i obliczeniowych.