Zrozumienie połączeń Josephsona: kwantowo-mechaniczny przepływ prądu w nadprzewodnikach

Josephsona to zjawisko występujące w materiałach nadprzewodzących, gdy prąd przepływa pomiędzy dwoma nadprzewodnikami oddzielonymi cienką barierą izolacyjną. Został odkryty przez Briana Josephsona w 1962 roku i od tego czasu był szeroko badany w dziedzinie fizyki materii skondensowanej.…
W złączu Josephsona prąd przepływa przez barierę izolacyjną w sposób mechaniki kwantowej, co oznacza, że prąd nie jest ciągły, ale składa się raczej z dyskretnych kwantów, czyli „cząstek Josephsona”. Cząstki te powstają w wyniku tunelowania par Coopera (par elektronów o przeciwnym spinie) przez barierę izolacyjną.…Jedną z kluczowych właściwości złącz Josephsona jest zdolność do utrzymywania stałego prądu w szerokim zakresie napięć. Dzięki tej właściwości złącza Josephsona są przydatne w różnorodnych zastosowaniach, w tym w nadprzewodzących obliczeniach kwantowych i czujnikach o wysokiej czułości. Złącza Josephsona można wykonać przy użyciu różnych materiałów, w tym niobu, azotku tytanu i tlenku itru, baru i miedzi. Są one zazwyczaj wytwarzane przy użyciu technik osadzania cienkowarstwowego, takich jak rozpylanie katodowe lub odparowywanie.…
Oprócz praktycznych zastosowań, złącza Josephsona mają również interesujące właściwości teoretyczne. Wykazują na przykład zjawisko zwane „fluktuacjami kwantowymi”, które może prowadzić do powstawania makroskopowych stanów kwantowych na złączu. Stany te nie występują w układach klasycznych i są kluczową cechą mechaniki kwantowej.