Vad är Josephson-effekten?

Josephson-effekten är passagen av parade elektroner genom en tunn, isolerande dielektrisk barriär placerad mellan två superledare. Ett samarbetspar av elektroner passerar genom det isolerande skiktet via en tunneleffekt. Det finns inget spänningsfall medan strömmen förblir under en viss nivå, som kallas den kritiska strömmen. Under konstant, positiv spänning bibehålls växelströmmar såväl som direkta strömmar från passage av elektroner. Effekten förutsades av teorin i början av 1960-talet av Brian D. Josephson, och används för att göra mätningar av mycket låga temperaturer och i Josephson-korsningskretsar som snabbt kan växla signaler för att lagra data.

Elektroner passerar genom en isolerande film som är mikroskopiskt tunn. Josephson-effekten kan styras genom att applicera ett magnetfält som minskar styrkan hos en superström över barriären. Magnetfält blockeras från att komma in i Josephson-korsningen med fraktionella virvlar. Strömstyrkan stiger och faller vid olika punkter medan fältstyrkan intensifieras, vilket gör det möjligt att kontrollera signalpassage och omkoppling.

När superledarna utsätts för likström, passerar elektronpar genom en barriär när elektromagnetiska vågor släpps, vilket resulterar i produktion av små mängder ljus istället för värme. Josephson-effekten kan också appliceras på radioelektronik som används under extremt kalla förhållanden, eftersom en Josephson-korsning kan fungera som en elektromagnetisk svängningsgivare. Kretsar baserade på denna korsning kan också lagra data och kan tillverkas i trånga utrymmen eftersom de är så effektiva, så användning i datorer är möjlig.

Josephson-effekten uppträder vid mycket låga temperaturer och är mest effektiv vid temperaturer nära noll grader Kelvin (cirka -460 °: F). System som använder denna effekt kan löst anslutas för att mäta magnetfält. De kan också generera låga effektnivåer som en del av generatorer som kan utformas för att växla över många frekvenser. Hur Josephson-effekten används beror på en ingenjörs kunskap om kvantefysik, och den mäts med hjälp av en mängd komplexa matematiska formler.

Instrument som innehåller Josephson-korsningar använder Josephson Effect för att göra exakta dimensionella mätningar, förstärka elektromagnetiska signaler och driva snabba datorer. En Josephson-tunnelkorsning växlar signaler snabbare än någon annan halvledaromkopplare. Ett sådant system kan arbeta vid likströms- eller mikrovågsfrekvenser, så superledare kan användas i många olika metrologi- och databehandlingsapplikationer.