Tìm hiểu về các điểm nối Josephson: Dòng cơ học lượng tử trong chất siêu dẫn

Josephson là hiện tượng xảy ra ở vật liệu siêu dẫn khi có dòng điện chạy giữa hai chất siêu dẫn cách nhau bởi một lớp cách điện mỏng. Nó được Brian Josephson phát hiện vào năm 1962, và kể từ đó nó đã được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực vật lý chất ngưng tụ.

Trong một điểm nối Josephson, dòng điện chạy qua hàng rào cách điện theo kiểu cơ học lượng tử, nghĩa là dòng điện không liên tục mà đúng hơn là bao gồm các lượng tử rời rạc, hay "các hạt Josephson". Những hạt này là kết quả của sự truyền đường hầm của các cặp Cooper (cặp electron có spin đối diện) xuyên qua hàng rào cách điện.

Một trong những đặc tính chính của mối nối Josephson là khả năng duy trì dòng điện không đổi trên một phạm vi điện áp rộng. Đặc tính này đã làm cho các mối nối Josephson trở nên hữu ích trong nhiều ứng dụng, bao gồm cả điện toán lượng tử siêu dẫn và các cảm biến có độ nhạy cao.

Các mối nối Josephson có thể được tạo ra bằng nhiều loại vật liệu, bao gồm niobium, titan nitride và yttrium bari đồng oxit. Chúng thường được chế tạo bằng cách sử dụng các kỹ thuật lắng đọng màng mỏng, chẳng hạn như phún xạ hoặc bay hơi.

Ngoài các ứng dụng thực tế, các điểm nối Josephson còn có các tính chất lý thuyết thú vị. Ví dụ, chúng thể hiện một hiện tượng gọi là “dao động lượng tử”, có thể dẫn đến sự hình thành các trạng thái lượng tử vĩ mô trong điểm nối. Những trạng thái này không có trong các hệ thống cổ điển và là đặc điểm chính của cơ học lượng tử.