Josephsonin liitosten ymmärtäminen: Suprajohtimien kvanttimekaaninen virtaus

Josephson on ilmiö, joka esiintyy suprajohtavissa materiaaleissa, kun virta kulkee kahden ohuella eristävällä esteellä erotetun suprajohteen välillä. Brian Josephson löysi sen vuonna 1962, ja sitä on sittemmin tutkittu laajasti kondensoituneen aineen fysiikan alalla.

Josephsonin liitoksessa virta kulkee eristävän esteen läpi kvanttimekaanisella tavalla, mikä tarkoittaa, että virta ei ole jatkuvaa vaan jatkuvaa. koostuu pikemminkin erillisistä kvanteista tai "Josephson-partikkeleista". Nämä hiukkaset ovat seurausta Cooper-parien (elektroniparien, joilla on vastakkainen spin) tunneloinnista eristävän esteen läpi. Yksi Josephson-liitosten tärkeimmistä ominaisuuksista on kyky ylläpitää vakiovirtaa useilla jännitteillä. Tämä ominaisuus on tehnyt Josephson-liitoksista hyödyllisiä monissa sovelluksissa, mukaan lukien suprajohtava kvanttilaskenta ja erittäin herkät anturit.

Josephson-liitokset voidaan tehdä käyttämällä erilaisia materiaaleja, kuten niobiumia, titaaninitridiä ja yttriumbariumkuparioksidia. Ne valmistetaan tyypillisesti ohutkalvopinnoitustekniikoilla, kuten sputteroinnilla tai haihduttamalla.

Käytännön sovellusten lisäksi Josephson-liitoksilla on myös mielenkiintoisia teoreettisia ominaisuuksia. Niissä on esimerkiksi "kvanttivaihteluina" tunnettu ilmiö, joka voi johtaa makroskooppisten kvanttitilojen muodostumiseen risteyksessä. Näitä tiloja ei esiinny klassisissa järjestelmissä, ja ne ovat kvanttimekaniikan avainominaisuus.