シンシナティ大学の物理学の教授であるリチャード-ニューロックは、20年間超伝導材料の物理学を研究してきました。ここに彼の説明があります。
ジョセフソン接合は、超伝導材料の二つの層の間に非導電性材料の薄い層を挟むことによって作られます。 このデバイスの名前は、1962年に超伝導電子のペアがある超伝導体から別の超伝導障壁を通って「トンネル」できると予測したBrian Josephsonにちなんでいます。 彼はまた、接合部の電流と電圧関係の正確な形を予測しました。 実験的な研究は彼が正しいことを証明し、ジョセフソンは彼の仕事のために1973年のノーベル物理学賞を受賞した。
ジョセフソン接合のユニークで重要な特徴を理解するためには、まず超伝導の基本的な概念と特徴を理解する必要があります。 多くの金属や合金を非常に低い温度（絶対零度以下20度以内）に冷却すると、相転移が発生します。 この「臨界温度」では、金属は電気抵抗がある通常の状態から、直接電流の流れに対する抵抗が本質的にない超伝導状態になります。 セラミック材料から作られている新しい高温超伝導体は、同じ動作を示すが、より暖かい温度で。
何が起こるかは、金属中の電子が対になることです。 臨界温度以上では，二つの電子間の正味の相互作用は反発的である。 しかし、臨界温度以下では、二つの電子間の全体的な相互作用は、金属のイオン格子との電子の相互作用の結果、非常にわずかに魅力的になる。
この非常にわずかな引力により、彼らはより低いエネルギー状態に落ち、エネルギー”ギャップを開くことができます。「エネルギーギャップと低エネルギー状態のために、電子は格子のイオンによって散乱されることなく移動することができます（したがって電流が流れる イオンが電子を散乱させると、金属の電気抵抗が発生します。 超伝導体には電気抵抗がないため、エネルギーロスはありません。 しかし、臨界電流と呼ばれる、流れることができる最大の超電流があります。 この臨界電流の上では、材料は正常である。 金属が超伝導状態になると、磁場が大きすぎない限り、すべての磁場を排出します。
ジョセフソン接合では、二つの超伝導体を分離する非超伝導障壁は非常に薄くなければならない。 障壁が絶縁体である場合、それは厚さ30オングストローム以下のオーダーでなければならない。 障壁が別の金属である場合（非超伝導）、それは同じくらいの数ミクロンの厚さにすることができます。 臨界電流に達するまで、超電流は障壁を横切って流れることができ、電子対は抵抗なしで障壁を横切ってトンネルすることができる。 しかし、臨界電流を超えると、接合部全体に別の電圧が発生します。 その電圧は時間-つまり、それはAC電圧です。 これにより、接合部の臨界電流が低下し、さらに通常の電流が流れ、AC電圧が大きくなります。
この交流電圧の周波数は、接合部を横切るミリボルトあたり500ギガヘルツ(GHz)近くです。 したがって、接合部を通る電流が臨界電流よりも小さい限り、電圧はゼロです。 電流が臨界電流を超えるとすぐに、電圧はゼロではないしかし時間内に振動する。 ある状態から他の状態への変化を検出して測定することは、Josephsonjunctionsの多くのアプリケーションの中心にあります。
電子回路は、ジョセフソン接合、特にデジタル論理回路から構築することができます。 多くの研究者がJosephson logicを使用した超高速コンピュータの構築に取り組んでいます。 ジョセフソン接合は、超伝導量子干渉デバイスの頭字語であるSQUIDsと呼ばれる回路にも形成することができます。 これらの装置は非常に敏感な磁力計のandvoltmetersの構築に非常に敏感、非常に有用である。 例えば、ピコボルトを測定できる電圧計を作ることができる。 それは他のavailablevoltmetersより約1,000倍敏感です。
SQUIDは、ループを中断する二つのジョセフソン接合を持つループで構成されています。 ASQUIDはループの区域を突き通す磁界の総量に非常に敏感である–あなたがthedeviceを渡って測定する電圧はループのまわりで全磁界に非常に強く相関している。
イカは様々な分野で研究に使用されています。 脳は電気的に動作するので、神経学的電流によって生成された磁場を感知することによって、脳または心臓の活動を監視することができる。 また、地球のフィールドinrocksの過去の地球物理学的変化の残骸を検出し、地質学的研究のためのSQUID磁力計を使用することができます。
同様に、周囲の磁場の変化は海面下を通過する潜水艦によって引き起こされ、米海軍は潜水艦の検出のためのイカに非常に興味があります。 SQUIDsは特にdesignedvoltmeters、磁力計およびsusceptometersとスキャンのSQUIDの顕微鏡の研究所のかなりの使用またである。 この最後の機器では、SQUIDがサンプルの表面を横切ってスキャンされ、サンプルの表面での磁気の変化が画像を生成する。
