Josephsonin ilmiö

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Josphsonin ilmiö on fyysikko Brian David Josephsonin 1962 keksimä kontaktiliitoksella toisiinsa yhdistettyjä suprajohteita koskeva ilmiö (tai oikeammin joukko ilmiöitä). Tällaisessa Josephsonin liitoksessa voi tunneli-ilmiön vaikutuksesta kulkea supravirta, vaikka jännite-ero liitoksen eri puolilla on nolla, eikä itse liitos ole suprajohtava. Jos taas jännite-ero pidetään vakiona V, kulkee liitoksen kautta sinimuotoisesti vaihteleva supravirta, jonka taajuus on f=2eV \mid  h. Jos suprajohteet ovat yhteydessä toisiinsa kahden tai useamman Josephsonin liitoksen välityksellä, aiheutuu ulkoisessa magneettikentässä eri reittejä pitkin kulkevien supravirtojen superponoituessa interferenssi-ilmiöitä. Josephsonin liitos voidaan toteuttaa ns. pistekontaktina teräväkärkisen suprajohtavan ruuvin koskettaessa toista suprajohdetta tai myös kahden suprajohteen välisellä oksidi- tai normaalimetallikerroksella. Koska taajuus f ja jännite V ovat tarkasti mittatavissa voidaan ilmiön avulla avulla määrittää elektronin varauksen e ja Planckin vakion h suhde erittäin tarkasti. Josephsonin ilmiöön perustuvilla laitteilla on lisäksi mahdollista mitata hyvin pieniä jänniteitä (jopa 10^{-15} V) ja magneettikenttien muutoksia (tarkkuudella 10^{-13} Vsm ^{-2}).[1]

Josphsonin ilmiö on kvanttitason sähköfysiikan ilmiö. Sitä käytetään uudessa voltin määritelmässä.

Standardin mukaan

» Elektroniparien tunneloituminen kahden suprajohteen välissä olevan hyvin ohuen (1-3 nm) eristekerroksen läpi mahdollistaa tasavirran kulkemisen ko. eristekerroksen läpi ilman vastusta, ts. eristekerros käyttäytyy suprajohteen tavoin. Tällöin syntyy myös korkeataajuinen vaihtovirtajännite eristekerroksen yli.

Ilmiö toimii myös käänteisesti: jos yksittäiseen liitokseen kohdistetaan mikroaaltokenttä (9-100 GHz), ja biasoidaan DC-virralla, niin tarkkaan tiedetty tasavirtajännite ilmestyy Josephsonin liitoksen DC-osan yli ja sillä on portaittainen virta-jännitekäyrä.[2]»

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. päätoimittaja: Valpola, Veli, Anttila, Inkeri: Uusi tietosanakirja : täydennysosa 1 : A-LU, s. 546. Porvoo: Helsinki : WSOY : Tietosanakirja oy, 1972. ISBN 951-0-00510-X.
  2. Sähkösuureiden standardit: Voltti (PDF) (Artikkeli löytyy suomalaisesta verkkoarkistosta ja sitä voi katsoa vapaakappalekirjastoissa. Archive.org ja WebCite eivät löydä sitä.) 2.5.2015. Viitattu 2.12.2015.