josephsoneffekt

Josephsoneffekten består av en elektrisk strøm med eksakt null elektrisk motstand som kan opptre mellom to superledende materialer som er adskilt av et ikke-superledende sjikt.

Faktaboks

Uttale
dʒˈouzifsn-

Effekten er oppkalt etter fysikeren Brian Josephson, som fikk Nobelprisen i fysikk i 1973 etter sin teoretiske prediksjon av effekten i 1962.

Fysisk beskrivelse

Et Cooper-par, bestående av to elektroner med motsatt spinn, kan tunnelere fra en superleder til en annen superleder gjennom en isolerende barriere. Denne kvantemekaniske prosessen gir ikke opphav til noe elektrisk motstand.
Illustrasjon av Josephsoneffekten.
Lisens: CC BY SA 3.0

Josephsoneffekten beskriver kvantemekanisk tunnelering av Cooper-par mellom to superledende materialer (se figur). Denne transporten av Cooper-par fører til en elektrisk strøm mellom superlederne. Josephsoneffekten er et eksempel på hvordan et kvantemekanisk fenomen manifesteres på en makroskopisk skala.

Legges det en liten konstant spenning mellom metallene, vil det oppstå en elektrisk vekselstrøm gjennom det isolerende sjiktet, og det blir samtidig sendt ut elektromagnetisk stråling.

Sjiktet som skiller superlederne kan enten være et tynt, isolerende materiale (1-2 nanometer i tykkelse) eller et elektrisk ledende materiale som ikke nødvendigvis er tynt (opp til en mikrometer i tykkelse).

Superstrømmen som genereres via Josephsoneffekten har eksakt null elektrisk motstand, hvilket betyr at det ikke er noe tap av energi i systemet. Josephsoneffekten er sentral i moderne forskning innenfor flere områder av faststoff-fysikk og brukes i mange ulike typer teknologi.

Moderne forskning på Josephsoneffekten dreier seg i stor grad om hvordan den superledende strømmen kan manipuleres via de fysiske egenskapene til sjiktet som adskiller de superledende materialene. Cooper-parene som bærer superstrømmen blir påvirket av de fysiske egenskapene til sjiktet når de passerer gjennom det. Dette gjør det mulig å kontrollere styrken og spinn-polariseringen til superstrømmen.

Anvendelser

Josephsoneffekten brukes i mange teknologiske sammenhenger. Et av de viktigste bruksområdene er i SQUID-teknologi hvor effekten benyttes til å oppnå ekstremt nøyaktige målinger av magnetfelt. Effekten benyttes også i digital elektronikk for å prosessere signaler. I tillegg brukes Josephsoneffekten til å bestemme den elektriske elementærladningen svært presist samt til å konvertere mellom frekvens- og spennings-signaler.

Litteratur

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg