Josephson-csomópontok megértése: Kvantummechanikai áramáramlás szupravezetőkben

A Josephson egy olyan jelenség, amely szupravezető anyagokban fordul elő, amikor két, vékony szigetelő gáttal elválasztott szupravezető között áram folyik. Brian Josephson fedezte fel 1962-ben, és azóta alaposan tanulmányozták a kondenzált anyag fizika területén.

A Josephson-csomópontban az áram kvantummechanikai módon folyik át a szigetelő gáton, ami azt jelenti, hogy az áram nem folyamatos, hanem inkább diszkrét kvantumokból, vagy "Josephson-részecskékből" áll. Ezek a részecskék Cooper-párok (ellentétes spinű elektronpárok) alagútvezetésének eredménye a szigetelő gáton. A Josephson-csomópontok egyik legfontosabb tulajdonsága, hogy képesek állandó áramot fenntartani széles feszültségtartományon. Ez a tulajdonság hasznossá tette a Josephson-csomópontokat számos alkalmazásban, beleértve a szupravezető kvantumszámítástechnikát és a nagy érzékenységű érzékelőket.

Josephson-átmenetek különféle anyagok felhasználásával készíthetők, beleértve a nióbiumot, a titán-nitridet és az ittrium-bárium-réz-oxidot. Általában vékonyréteg-leválasztási technikákkal, például porlasztással vagy elpárologtatással gyártják őket. Gyakorlati alkalmazásaik mellett a Josephson-csomópontok érdekes elméleti tulajdonságokkal is rendelkeznek. Például „kvantumfluktuációként” ismert jelenséget mutatnak, amely makroszkopikus kvantumállapotok kialakulásához vezethet a csomópontban. Ezek az állapotok a klasszikus rendszerekben nincsenek jelen, és a kvantummechanika kulcsfontosságú jellemzői.