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).[1][2][3][4] Tällaisessa Josephsonin liitoksessa voi tunneli-ilmiön vaikutuksesta kulkea supravirta, vaikka jännite-ero liitoksen eri puolilla on nolla, eikä itse liitos ole suprajohtava.[1][2] Jos taas jännite-ero pidetään vakiona , kulkee liitoksen kautta sinimuotoisesti vaihteleva supravirta, jonka taajuus on . Tunneli-ilmiö on tunnettu 1950-luvulta asti, mutta suprajohtavaa tunneloitumista, jossa ilmenee Cooperin pareja ennustettiin ensimmäisen kerran 1962.[5][6] 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 ja jännite ovat tarkasti mittatavissa voidaan ilmiön avulla avulla määrittää elektronin varauksen ja Planckin vakion suhde erittäin tarkasti. Josephsonin ilmiöön perustuvilla laitteilla on lisäksi mahdollista mitata hyvin pieniä jänniteitä (jopa ) ja magneettikenttien muutoksia (tarkkuudella ).[2][1][6]

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.[7]»

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c CD Facta 2005 : suomenkielinen tietosanakirja. Artikkeli: Josephsonin ilmiö. Helsinki: WSOY, 2004. ISBN 951-0-29149-8.
  2. a b c päätoimittaja: Valpola, Veli, Anttila, Inkeri: Uusi tietosanakirja : täydennysosa 1 : A-LU, s. 546. Porvoo: Helsinki : WSOY : Tietosanakirja oy, 1972. ISBN 951-0-00510-X.
  3. Rantala Risto, päätoimittaja, Itkonen Mikko, Suramo Ari ; grafiikka: Vakkila, Juha.: Otavan tietosanakirja. Artikkeli: Josephson, Brian, Teoksen muoto: CD-linja Ulkoasu: 1 optinen levy (CD-ROM) : vär. ; 12 cm.. Helsinki: Otava, 1997. ISBN 9511151398.
  4. Josephson Effect. Encarta Multimedia Encyclopedia, Microsoft® Student 2009 [DVD], Microsoft Corporation, 2009. (englanniksi)
  5. Josephson effect. Versio 16.00 Windows XP, 2000, 9x, Me, and NT. 2003 Grolier Multimedia Encyclopedia, Grolier Interactive Inc., 2002. ISBN 043965419. (englanniksi)
  6. a b Josephson effect. Luvun toinen kappale. Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica Ultimate Reference Suite, 2015. ISBN 978-1625132963. (englanniksi)
  7. 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.