ジョセフソン接合を理解する: 超伝導体における量子力学的電流の流れ

ジョセフソン現象は、薄い絶縁障壁で隔てられた 2 つの超電導体間を電流が流れるときに超電導材料で発生する現象です。 1962 年にブライアンジョセフソンによって発見され、以来、凝縮物物理学の分野で広く研究されてきました。ジョセフソン接合では、電流は量子力学的方法で絶縁障壁を通って流れます。つまり、電流は連続的ではなく、むしろ、離散量子、または「ジョセフソン粒子」で構成されています。これらの粒子は、絶縁障壁を通るクーパー対（逆のスピンを持つ電子の対）のトンネリングの結果です。ジョセフソン接合の重要な特性の 1 つは、広範囲の電圧にわたって定電流を維持できることです。この特性により、ジョセフソン接合は、超伝導量子コンピューティングや高感度センサーなどのさまざまな用途で役立ちます。ジョセフソン接合は、ニオブ、窒化チタン、イットリウム・バリウム・銅酸化物など、さまざまな材料を使用して作成できます。通常、ジョセフソン接合はスパッタリングや蒸着などの薄膜堆積技術を使用して製造されます。実際の応用に加えて、ジョセフソン接合には興味深い理論的特性もあります。たとえば、それらは「量子ゆらぎ」として知られる現象を示し、これが接合における巨視的な量子状態の形成につながる可能性があります。これらの状態は古典系には存在せず、量子力学の重要な特徴です。