Richard Newrock, professor i fysikk Ved University Of Cincinnati, har studert fysikken i superledende materialer i 20 år.Her er hans forklaring.
En Josephson junction er laget av sandwiching et tynt lag av en nonsuperledende materiale mellom to layersof superledende materiale. Enhetene er oppkalt Etter Brian Josephson, som forutslo I 1962 at par superledende elektroner kunne «tunnel» rett gjennom den ikke-superledende barrieren fra en superleder til en annen. Han forutslo også den nøyaktige formen for dagens ogspenningsforhold for krysset. Eksperimentelt arbeid viste at Han hadde rett, Og Josephson ble tildelt Nobelprisen i Fysikk i 1973 for hansarbeid.
for å forstå De unike og viktige egenskapene Til Josephson-kryssene, er det først nødvendig å forstå de grunnleggende konseptene og egenskapene til superledningsevne. Hvis du avkjøler mange metaller og legeringer til svært lave temperaturer (innen 20 grader eller mindre av absolutt null), oppstår en fasetransisjon. Ved denne «kritiske temperaturen» går metallet fra det som kalles normal tilstand, hvor den har elektrisk motstand, til superledende tilstand, der det i det vesentlige ikke er motstand mot strømmen av direkte elektrisk strøm. De nyere høy temperatursuperledere, som er laget av keramiske materialer, viser samme oppførsel, men ved varmere temperaturer.
det som skjer er atelektroner i metallet blir paret. Over den kritiske temperaturen er nettointeraksjonen mellom to elektroner repulsiv. Under den kritisketemperatur, selv om, den samlede vekselvirkning mellom to elektroner blir meget svakt attraktiv, et resultat av elektronene interaksjon med detioniske gitter av metallet.
Denne svært små attraksjonen gjør at de kan slippe inn i en lavere energitilstand, og åpne opp et energi » gap.»På grunn avenergigap og lavere energitilstand kan elektroner bevege seg (og derfor kan strømmen strømme) uten å bli spredt av gitterets ioner. Når ioner sprer elektroner, forårsaker det elektrisk motstand i metaller. Det er ingen elektrisk motstand i en superleder, og derfor ingen energyloss. Det er imidlertid en maksimal superstrøm som kan strømme, kalt kritisk strøm. Over denne kritiske strømmen er materialet normalt. Det er en annen svært viktig egenskap: når et metall går inn i superledende tilstand, utviser det alle magnetfelter, så lenge magnetfeltener ikke for store.
I Et Josephson-veikryss må den ikke-superledende barrieren som skiller de to superlederne være veldig tynn. Hvis barriereer en isolator, må den være i størrelsesorden 30 ångstrøm tykk eller mindre. Hvis barrieren er et annet metall (nonsuperledende), kan det være så mye somflere mikron tykk. Inntil en kritisk strøm er nådd, kan en superstrøm strømme over barrieren; elektronpar kan tunnelere over barrieruten motstand. Men når den kritiske strømmen overskrides, vil en annen spenning utvikle seg over krysset. Den spenningen vil avhenge avtid-det vil si, DET er EN VEKSELSTRØM. Dette fører igjen til en senking av kryssets kritiske strøm, noe som forårsaker enda mer normal strøm til å strømme-og alarger AC spenning.
frekvensen av DENNE VEKSELSTRØMSPENNINGEN er nesten 500 gigahertz (GHz) per millivolt over krysset. Så, så lenge strømmengjennom krysset er mindre enn den kritiske strømmen, spenningen er null. Så snart strømmen overskrider den kritiske strømmen, er spenningen ikke nullmen svinger i tide. Å oppdage og måle endringen fra en stat til den andre er kjernen i De mange applikasjonene For Josephsonjunctions.
Elektroniske kretser kan bygges Fra Josephson veikryss, spesielt digital logikk kretser. Mange forskere jobber med å byggeultrafast datamaskiner ved Hjelp Av Josephson logic. Josephson veikryss kan også formes i kretser kalt SQUIDs-et akronym for superconductingquantum interference device. Disse enhetene er ekstremt følsomme og svært nyttige for å bygge ekstremt følsomme magnetometre ogvoltmetre. For eksempel kan man lage et voltmeter som kan måle picovolt. Det er omtrent 1000 ganger mer følsomt enn andre availablevoltmeters.
EN BLEKKSPRUT består av en løkke med To Josephson-kryss som avbryter løkken. ASQUID er ekstremt følsom overfor den totale mengden magnetfelt som trenger inn i sløyfens område-spenningen du måler over enheten, er veldig sterkt korrelert med det totale magnetfeltet rundt sløyfen.
SQUIDs blir brukt til forskning på en rekke områder. Siden hjernen opererer elektrisk, kan man, ved å føle magnetfeltene skapt av nevrologiske strømmer, overvåke hjernens aktivitet-eller hjertet. DU kan også bruke EN BLEKKSPRUT magnetometer for geologisk forskning, oppdage rester av tidligere geofysiske endringer i jordens felt inrocks.
tilsvarende, endringer i ambient magnetfelt er skapt av ubåter som passerer under overflaten av havet, OG DEN AMERIKANSKE Marinen isvery interessert I Blekksprut for ubåt deteksjon. SQUIDs er også av betydelig bruk i forskningslaboratoriet i spesialdesignede voltmetre, i magnetometre og susceptometre og i skanning BLEKKSPRUTMIKROSKOP. I dette siste instrumentet skannes EN BLEKKSPRUT over overflaten av en prøve, og endringer i magnetisme på overflaten av prøven gir et bilde.
