Qual é o efeito Josephson?

O efeito Josephson é a passagem de elétrons emparelhados através de uma barreira dielétrica fina e isolante, colocada entre dois supercondutores. Um par de elétrons cooper passa através da camada isolante através de um efeito de tunelamento. Não há queda de tensão enquanto a corrente permanece abaixo de um nível específico, conhecido como corrente crítica. Sob tensões constantes e positivas, são mantidas correntes alternadas e correntes diretas da passagem de elétrons. O efeito foi previsto pela teoria no início dos anos 60 por Brian D. Josephson e é usado para fazer medições de temperaturas muito baixas e em circuitos de junção de Josephson que podem alternar rapidamente sinais para armazenar dados.

Os elétrons passam por uma película isolante microscopicamente fina. O efeito Josephson pode ser controlado através da aplicação de um campo magnético que reduz a força de uma supercorrente através da barreira. Os campos magnéticos são impedidos de entrar no interior da junção Josephson por vórtices fracionários. A força da corrente aumenta e diminui em pontos diferentes enquanto a intensidade do campo é intensificada, permitindo que a passagem do sinal e a comutação sejam controladas.

Quando os supercondutores são expostos à corrente direta, os pares de elétrons passam por uma barreira à medida que as ondas eletromagnéticas são liberadas, o que resulta na produção de pequenas quantidades de luz em vez de calor. O Efeito Josephson também pode ser aplicado a radioeletrônicos usados ​​em condições extremamente frias, porque uma junção de Josephson pode funcionar como um sensor de oscilação eletromagnética. Os circuitos baseados nessa junção também podem armazenar dados e podem ser fabricados em espaços apertados, porque são muito eficientes, portanto, o uso em computadores é possível.

O efeito Josephson ocorre em temperaturas muito baixas e é mais eficiente em temperaturas próximas a zero graus Kelvin (cerca de -460 °: F). Os sistemas que usam esse efeito podem ser fracamente conectados para medir campos magnéticos. Eles também podem gerar baixos níveis de energia como parte de geradores que podem ser projetados para serem comutados em muitas frequências. Como o Efeito Josephson é usado depende do conhecimento de um engenheiro em física quântica e é medido usando uma variedade de fórmulas matemáticas complexas.

Os instrumentos que incorporam junções Josephson usam o Efeito Josephson para fazer medições dimensionais precisas, amplificar sinais eletromagnéticos e acionar computadores rápidos. Uma junção de túnel de Josephson alterna os sinais mais rapidamente do que qualquer outro comutador semicondutor. Esse sistema pode operar em corrente contínua ou em frequências de microondas, de modo que os supercondutores podem ser usados ​​em muitas aplicações diferentes de metrologia e computação.