Förstå Josephson Junctions: Quantum Mechanical Current Flow in Superconductors

Josephson är ett fenomen som uppstår i supraledande material när en ström flyter mellan två supraledare åtskilda av en tunn isolerande barriär. Det upptäcktes av Brian Josephson 1962, och det har sedan dess studerats omfattande inom området för kondenserad materiens fysik.

I en Josephson-korsning flyter strömmen genom den isolerande barriären på ett kvantmekaniskt sätt, vilket betyder att strömmen inte är kontinuerlig utan snarare består av diskreta kvanta, eller "Josephson-partiklar". Dessa partiklar är resultatet av tunnling av Cooper-par (elektronpar med motsatt spin) genom den isolerande barriären.

En av nyckelegenskaperna hos Josephson-övergångar är förmågan att upprätthålla en konstant ström över ett brett spektrum av spänningar. Denna egenskap har gjort Josephson-övergångar användbara i en mängd olika applikationer, inklusive supraledande kvantberäkningar och högkänsliga sensorer.

Josephson-övergångar kan göras med en mängd olika material, inklusive niob, titannitrid och yttriumbariumkopparoxid. De tillverkas vanligtvis med tunnfilmsavsättningstekniker, såsom sputtering eller förångning.

Utöver sina praktiska tillämpningar har Josephson-korsningar också intressanta teoretiska egenskaper. Till exempel uppvisar de ett fenomen som kallas "kvantfluktuationer", vilket kan leda till bildandet av makroskopiska kvanttillstånd i korsningen. Dessa tillstånd finns inte i klassiska system och är en nyckelfunktion i kvantmekaniken.