Efecto Josephson
En física, el efecto Josephson es un fenómeno que ocurre cuando dos superconductores se colocan en proximidad, con alguna barrera o restricción entre ellos. Es un ejemplo de un fenómeno cuántico macroscópico , donde los efectos de la mecánica cuántica son observables a escala ordinaria, en lugar de atómica. El efecto Josephson tiene muchas aplicaciones prácticas porque muestra una relación precisa entre diferentes cantidades físicas, como el voltaje y la frecuencia, lo que facilita mediciones de alta precisión.
El efecto Josephson produce una corriente, conocida como supercorriente , que fluye continuamente sin que se aplique ningún voltaje, a través de un dispositivo conocido como unión Josephson (JJ). Estos consisten en dos o más superconductores acoplados por un enlace débil. El eslabón débil puede ser una barrera aislante delgada (conocida como unión superconductor-aislante-superconductor , o SIS), una sección corta de metal no superconductor (SNS) o una constricción física que debilita la superconductividad en el punto de contacto ( SCS).
Las uniones de Josephson tienen aplicaciones importantes en circuitos de mecánica cuántica , como SQUID , qubits superconductores y electrónica digital RSFQ . El estándar NIST para un voltio se logra mediante un arreglo de 20,208 uniones Josephson en serie . [1]
El efecto Josephson lleva el nombre del físico británico Brian David Josephson , quien predijo en 1962 las relaciones matemáticas para la corriente y el voltaje a través del eslabón débil. [2] [3] El efecto DC Josephson se había visto en experimentos anteriores a 1962, [4] pero se había atribuido a "supercortos" o brechas en la barrera aislante que conducen a la conducción directa de electrones entre los superconductores. El primer artículo en afirmar el descubrimiento del efecto de Josephson y en realizar las comprobaciones experimentales necesarias fue el de Philip Anderson y John Rowell. [5] A estos autores se les otorgaron patentes sobre los efectos que nunca se aplicaron, pero nunca se impugnaron.
Antes de la predicción de Josephson, solo se sabía que los electrones individuales (es decir, no apareados) pueden fluir a través de una barrera aislante, por medio de túneles cuánticos . Josephson fue el primero en predecir el efecto túnel de los pares de Cooper superconductores . Por este trabajo, Josephson recibió el Premio Nobel de Física en 1973. [6]
Los tipos de unión Josephson incluyen la unión φ Josephson (de la cual la unión π Josephson es un ejemplo especial), la unión larga Josephson y la unión del túnel superconductor . Un "puente de Dayem" es una variante de película delgada de la unión de Josephson en la que el eslabón débil consiste en un cable superconductor con dimensiones en la escala de unos pocos micrómetros o menos. [7] [8] El recuento de uniones de Josephson de un dispositivo se utiliza como punto de referencia para su complejidad. El efecto Josephson ha encontrado un amplio uso, por ejemplo, en las siguientes áreas.
