Что такое эффект Джозефсона?

Эффект Джозефсона - это прохождение спаренных электронов через тонкий диэлектрический барьер, расположенный между двумя сверхпроводниками. Медная пара электронов проходит через изолирующий слой через туннельный эффект. Нет падения напряжения, пока ток остается ниже определенного уровня, который известен как критический ток. При постоянном положительном напряжении поддерживаются переменные токи, а также постоянные токи от прохождения электронов. Эффект был предсказан теорией в начале 1960-х годов Брайаном Джозефсоном и использовался для измерения очень низких температур и в цепях джозефсоновских контактов, которые могут быстро переключать сигналы для хранения данных.

Электроны проходят через изолирующую пленку, которая является микроскопически тонкой. Эффект Джозефсона можно контролировать, применяя магнитное поле, которое уменьшает силу сверхтока через барьер. Магнитные поля блокируются от проникновения внутрь джозефсоновского перехода дробными вихрями. Сила тока увеличивается и падает в разных точках, в то время как напряженность поля усиливается, что позволяет контролировать прохождение сигнала и переключение.

Когда сверхпроводники подвергаются постоянному току, электронные пары пропускаются через барьер при высвобождении электромагнитных волн, что приводит к образованию небольших количеств света вместо тепла. Эффект Джозефсона может также применяться к радиоэлектронике, используемой в чрезвычайно холодных условиях, потому что джозефсоновский переход может работать как датчик электромагнитных колебаний. Схемы, основанные на этом соединении, также могут хранить данные и могут быть изготовлены в ограниченном пространстве, потому что они настолько эффективны, что их можно использовать в компьютерах.

Эффект Джозефсона возникает при очень низких температурах и наиболее эффективен при температурах, близких к нулю градусов Кельвина (около -460 °: F). Системы, использующие этот эффект, могут быть слабо связаны для измерения магнитных полей. Они также могут генерировать низкие уровни мощности как часть генераторов, которые могут быть разработаны для переключения на множество частот. То, как используется эффект Джозефсона, зависит от знаний инженера по квантовой физике и измеряется с помощью различных сложных математических формул.

Инструменты, которые включают джозефсоновские переходы, используют эффект Джозефсона для точных измерений размеров, усиления электромагнитных сигналов и управления быстрыми компьютерами. Туннельный переход Джозефсона переключает сигналы быстрее, чем любой другой полупроводниковый переключатель. Такая система может работать на постоянном токе или на сверхвысокочастотных частотах, поэтому сверхпроводники могут использоваться во многих различных метрологических и вычислительных приложениях.