Comprendre les jonctions Josephson : flux de courant mécanique quantique dans les supraconducteurs

Josephson est un phénomène qui se produit dans les matériaux supraconducteurs lorsqu'un courant circule entre deux supraconducteurs séparés par une fine barrière isolante. Il a été découvert par Brian Josephson en 1962 et a depuis été étudié de manière approfondie dans le domaine de la physique de la matière condensée.

Dans une jonction Josephson, le courant traverse la barrière isolante de manière quantique, ce qui signifie que le courant n'est pas continu mais consiste plutôt en quanta discrets, ou « particules de Josephson ». Ces particules sont le résultat de l'effet tunnel de paires de Cooper (paires d'électrons de spin opposé) à travers la barrière isolante.

L'une des propriétés clés des jonctions Josephson est la capacité de maintenir un courant constant sur une large plage de tensions. Cette propriété a rendu les jonctions Josephson utiles dans diverses applications, notamment l'informatique quantique supraconductrice et les capteurs à haute sensibilité.

Les jonctions Josephson peuvent être réalisées à l'aide de divers matériaux, notamment le niobium, le nitrure de titane et l'oxyde d'yttrium, de baryum et de cuivre. Elles sont généralement fabriquées à l'aide de techniques de dépôt de couches minces, telles que la pulvérisation cathodique ou l'évaporation.

En plus de leurs applications pratiques, les jonctions Josephson possèdent également des propriétés théoriques intéressantes. Par exemple, ils présentent un phénomène connu sous le nom de « fluctuations quantiques », qui peut conduire à la formation d’états quantiques macroscopiques dans la jonction. Ces états ne sont pas présents dans les systèmes classiques et constituent une caractéristique clé de la mécanique quantique.