Forstå Josephson Junctions: Quantum Mechanical Current Flow i superledere

Josephson er et fenomen som oppstår i superledende materialer når en strøm flyter mellom to superledere atskilt av en tynn isolerende barriere. Den ble oppdaget av Brian Josephson i 1962, og den har siden blitt studert mye innen fysikk av kondensert materie.

I et Josephson-kryss flyter strømmen gjennom den isolerende barrieren på en kvantemekanisk måte, noe som betyr at strømmen ikke er kontinuerlig, men snarere består av diskrete kvanter, eller "Josephson-partikler." Disse partiklene er resultatet av tunnelering av Cooper-par (elektronpar med motsatt spinn) gjennom den isolerende barrieren.

En av nøkkelegenskapene til Josephson-kryss er evnen til å opprettholde en konstant strøm over et bredt spekter av spenninger. Denne egenskapen har gjort Josephson-koblinger nyttige i en rekke bruksområder, inkludert superledende kvanteberegning og høysensitivitetssensorer.

Josephson-koblinger kan lages ved hjelp av en rekke materialer, inkludert niob, titannitrid og yttriumbariumkobberoksid. De er vanligvis fremstilt ved bruk av tynnfilmavsetningsteknikker, som sputtering eller fordampning.

I tillegg til deres praktiske anvendelser har Josephson-kryss også interessante teoretiske egenskaper. For eksempel viser de et fenomen kjent som "kvantesvingninger", som kan føre til dannelsen av makroskopiske kvantetilstander i krysset. Disse tilstandene er ikke til stede i klassiske systemer og er et nøkkeltrekk ved kvantemekanikk.