Comprensione delle giunzioni Josephson: flusso di corrente quantomeccanico nei superconduttori

Josephson è un fenomeno che si verifica nei materiali superconduttori quando una corrente scorre tra due superconduttori separati da una sottile barriera isolante. Fu scoperto da Brian Josephson nel 1962 e da allora è stato studiato approfonditamente nel campo della fisica della materia condensata.

In una giunzione Josephson, la corrente scorre attraverso la barriera isolante in modo quantomeccanico, il che significa che la corrente non è continua ma consiste piuttosto di quanti discreti, o "particelle Josephson". Queste particelle sono il risultato dell'effetto tunnel delle coppie di Cooper (coppie di elettroni con spin opposto) attraverso la barriera isolante.

Una delle proprietà chiave delle giunzioni Josephson è la capacità di mantenere una corrente costante in un ampio intervallo di tensioni. Questa proprietà ha reso le giunzioni Josephson utili in una varietà di applicazioni, tra cui il calcolo quantistico superconduttore e i sensori ad alta sensibilità.

Le giunzioni Josephson possono essere realizzate utilizzando una varietà di materiali, tra cui niobio, nitruro di titanio e ossido di ittrio bario rame. Solitamente vengono fabbricate utilizzando tecniche di deposizione di film sottile, come lo sputtering o l'evaporazione.

Oltre alle loro applicazioni pratiche, le giunzioni Josephson hanno anche interessanti proprietà teoriche. Ad esempio, esibiscono un fenomeno noto come “fluttuazioni quantistiche”, che può portare alla formazione di stati quantistici macroscopici nella giunzione. Questi stati non sono presenti nei sistemi classici e sono una caratteristica fondamentale della meccanica quantistica.