Compreendendo as junções Josephson: fluxo de corrente mecânica quântica em supercondutores

Josephson é um fenômeno que ocorre em materiais supercondutores quando uma corrente flui entre dois supercondutores separados por uma fina barreira isolante. Foi descoberto por Brian Josephson em 1962, e desde então tem sido estudado extensivamente no campo da física da matéria condensada.

Em uma junção Josephson, a corrente flui através da barreira isolante de maneira mecânica quântica, o que significa que a corrente não é contínua, mas em vez disso, consiste em quanta discretos, ou "partículas de Josephson". Essas partículas são o resultado do tunelamento de pares de Cooper (pares de elétrons com spin oposto) através da barreira isolante.

Uma das principais propriedades das junções Josephson é a capacidade de manter uma corrente constante em uma ampla faixa de tensões. Esta propriedade tornou as junções Josephson úteis em uma variedade de aplicações, incluindo computação quântica supercondutora e sensores de alta sensibilidade. As junções Josephson podem ser feitas usando uma variedade de materiais, incluindo nióbio, nitreto de titânio e óxido de cobre, ítrio e bário. Eles são normalmente fabricados usando técnicas de deposição de filmes finos, como pulverização catódica ou evaporação. Além de suas aplicações práticas, as junções Josephson também possuem propriedades teóricas interessantes. Por exemplo, eles exibem um fenômeno conhecido como “flutuações quânticas”, que pode levar à formação de estados quânticos macroscópicos na junção. Esses estados não estão presentes nos sistemas clássicos e são uma característica fundamental da mecânica quântica.