Memahami Josephson Junctions: Aliran Arus Mekanikal Kuantum dalam Superkonduktor

Josephson ialah fenomena yang berlaku dalam bahan superkonduktor apabila arus mengalir antara dua superkonduktor yang dipisahkan oleh penghalang penebat nipis. Ia ditemui oleh Brian Josephson pada tahun 1962, dan sejak itu ia telah dikaji secara meluas dalam bidang fizik jirim pekat.

Dalam persimpangan Josephson, arus mengalir melalui penghalang penebat secara mekanikal kuantum, bermakna arus tidak berterusan tetapi sebaliknya terdiri daripada kuanta diskret, atau "zarah Josephson." Zarah-zarah ini adalah hasil daripada terowong pasangan Cooper (pasangan elektron dengan putaran bertentangan) melalui halangan penebat.

Salah satu sifat utama persimpangan Josephson ialah keupayaan untuk mengekalkan arus malar pada julat voltan yang luas. Sifat ini telah menjadikan simpang Josephson berguna dalam pelbagai aplikasi, termasuk pengkomputeran kuantum superkonduktor dan penderia kepekaan tinggi.

Simpang Josephson boleh dibuat menggunakan pelbagai bahan, termasuk niobium, titanium nitrida dan yttrium barium kuprum oksida. Ia biasanya direka menggunakan teknik pemendapan filem nipis, seperti sputtering atau penyejatan.

Selain aplikasi praktikalnya, simpang Josephson juga mempunyai sifat teori yang menarik. Sebagai contoh, mereka mempamerkan fenomena yang dikenali sebagai "turun naik kuantum," yang boleh menyebabkan pembentukan keadaan kuantum makroskopik di persimpangan. Keadaan ini tidak terdapat dalam sistem klasik dan merupakan ciri utama mekanik kuantum.