Richard Newrock, a Cincinnati Egyetem fizika professzora 20 éve tanulmányozza a szupravezető anyagok fizikáját.Itt van a magyarázata.
a Josephson elágazás úgy történik, hogy egy nem szupravezető anyag vékony rétegét két szupravezető anyag rétege közé helyezzük. Az eszközöket Brian Josephsonról nevezték el, aki 1962-ben megjósolta, hogy a szupravezető elektronok párjai”alagutat” tudnak átjutni a szupravezető gáton az egyik szupravezető között. Azt is megjósolta az áram pontos formáját ésfeszültségi kapcsolatok a csomóponthoz. A kísérleti munka bebizonyította, hogy igaza van, és Josephson 1973-ban fizikai Nobel-díjat kapott munkájáért.
ahhoz, hogy megértsük a Josephson csomópontok egyedi és fontos jellemzőit, először meg kell értenünk a szupravezetés alapfogalmait és jellemzőit. Ha sok fémet és ötvözetet nagyon alacsony hőmérsékletre hűtünk (az abszolút nullától legfeljebb 20 fokon belül), fázisátmenet következik be. Ezen a “kritikus hőmérsékleten” a fém az úgynevezett normál állapotból, ahol elektromos ellenállással rendelkezik, aszupervezető állapotba kerül, ahol lényegében nincs ellenállás A közvetlen elektromos áram áramlásával szemben. Az újabb magas hőmérsékletű szupravezetők, amelyek kerámia anyagokból készülnek, ugyanazt a viselkedést mutatják, de melegebb hőmérsékleten.
az történik, hogy a fémben lévő elektronok párosodnak. A kritikus hőmérséklet felett a két elektron közötti nettó kölcsönhatás visszataszító. A kritikus hőmérséklet alatt azonban a két elektron közötti általános kölcsönhatás nagyon kissé vonzóvá válik, ami az elektronok kölcsönhatásának eredménye a fém ionrácsával.
ez a nagyon enyhe vonzás lehetővé teszi számukra, hogy alacsonyabb energiaállapotba essenek, megnyitva egy energia “rést.”Az energiahézag és az alacsonyabb energiaállapot miatt az elektronok mozoghatnak (és így az áram áramolhat) anélkül, hogy a rács ionjai szétszórnák őket. Mikoraz ionok szétszórják az elektronokat, elektromos ellenállást okoznak a fémekben. A szupravezetőben nincs elektromos ellenállás, ezért nincs energiaveszteség. Van azonban egy maximális szuperáram, amely áramolhat, az úgynevezett kritikus áram. E kritikus áram felett az anyag normális. Van egy másik nagyon fontos tulajdonság: amikor egy fém szupravezető állapotba kerül, az összes mágneses mezőt kiűzi, mindaddig, amíg a mágneses mezők nem túl nagyok.
egy Josephson-csomópontban a két szupravezetőt elválasztó nem szupravezető gátnak nagyon vékonynak kell lennie. Ha a gát szigetelő, akkor 30 vagy annál kisebb Angström nagyságúnak kell lennie. Ha a gát egy másik fém (nem szupravezető), akkor annyi lehettöbb mikron vastag. Amíg el nem éri a kritikus áramot, a szuperáram átfolyhat a gáton; elektronpárok ellenállás nélkül alagútba léphetnek a gáton. De amikor a kritikus áramot túllépik, egy másik feszültség alakul ki a csomóponton. Ez a feszültség függidő-azaz, ez egy AC feszültség. Ez viszont csökkenti a csomópont kritikus áramát,ami még normálisabb áramot eredményez-és nagyobb váltakozó feszültséget.
ennek a váltakozó feszültségnek a frekvenciája közel 500 gigahertz (GHz) millivoltonként a csomóponton. Tehát, amíg az árama csomóponton keresztül kisebb, mint a kritikus áram, a feszültség nulla. Amint az áram meghaladja a kritikus áramot, a feszültség nem nulla, de időben oszcillál. Az egyik állapotból a másikba történő változás észlelése és mérése áll a Josephsonjunctions számos alkalmazásának középpontjában.
elektronikus áramkörök építhetők Josephson csomópontokból, különösen a digitális logikai áramkörökből. Sok kutató dolgozik az épületenultrafast számítógépek Josephson logikával. Josephson csomópontok is vágású áramkörök úgynevezett tintahal-egy mozaikszó a szupravezető kvantum interferencia eszköz. Ezek az eszközök rendkívül érzékenyek és nagyon hasznosak rendkívül érzékeny magnetométerek és feszültségmérők építésében. Például készíthet egy voltmérőt, amely képes mérni a picovoltokat. Ez körülbelül 1000-szer érzékenyebb, mint a többi elérhetőevoltmeters.
a SQUID egy hurokból áll, amelynek két Josephson csomópontja megszakítja a hurkot. Az ASQUID rendkívül érzékeny a hurok területére behatoló mágneses mező teljes mennyiségére-az eszközön mért feszültség nagyon erősen korrelál a hurok körüli teljes mágneses mezővel.
a tintahalakat különféle területeken használják kutatásra. Mivel az agy elektromosan működik, a neurológiai áramok által létrehozott mágneses mezők érzékelésével figyelemmel kísérhetjük az agy vagy a szív aktivitását. Használhat egy tintahal magnetométert is geológiai kutatásokhoz, felderítve a föld mezőjének múltbeli Geofizikai változásainak maradványaitsziklák.
Hasonlóképpen, a környezeti mágneses mező változásait az óceán felszíne alatt áthaladó tengeralattjárók hozzák létre, és az amerikai haditengerészet nagyon érdekli a tintahalakat a tengeralattjáró észlelésére. A tintahalat szintén jelentős mértékben használják a kutatólaboratóriumban speciálisan tervezett feszültségmérőkben, magnetométerekben és érzékenységmérőkben,valamint tintahal mikroszkópokban. Ebben az utolsó eszközben egy tintahalat szkennelnek át a minta felületén, és a minta felületén a mágnesesség változásai képet hoznak létre.
