Efecte Josephson

De ViquipÃ¨dia

L'efecte Josephson es manifesta per mitjÃ de l'apariciÃ³ d'un corrent entre dos superconductors separats per una capa d'un mitjÃ aÃ¯llant o metÃ lÂ·lic no superconductor. En el primer cas es parla d'EnllaÃ§ Josephson S-A-S (superconductor-aÃ¯llant-superconductor) i en el segon cas d'enllaÃ§ S-M-S (superconductor-metall-superconductor). Tot i que els parells de Cooper no poden existir en un aÃ¯llant o un metall no superconductor, si la capa que separa els dos superconductors Ã©s prou prima, els parells de Cooper de la teoria BCS poden travessar la barrera per efecte tÃºnel i conservar la seva coherÃ¨ncia de fase. Ã‰s la persistÃ¨ncia d'aquesta coherÃ¨ncia de fase el que dÃ³na lloc a l'efecte Josephson.

Taula de continguts

[amaga]

1 L'efecte
2 Vegeu tambÃ©
3 ReferÃ¨ncies

[edita] L'efecte

Les equacions bÃ siques que governen la dinÃ mica de l'efecte Josephson sÃ³n:

$U(t) = \frac{h}{2 e} \frac{\partial \phi}{\partial t}$ (equaciÃ³ de l'evoluciÃ³ de la fase superconductora)

$\frac{}{} I(t) = I_c \sin (\phi (t))$ (relaciÃ³ Josephson corrent-fase)

on $\displaystyle U(t)$ i $\displaystyle I(t)$ sÃ³n el voltatge i el corrent a travÃ©s de les unions Josephson, $\displaystyle\phi (t)$ Ã©s la diferÃ¨ncia de fase entre les funcions d'ona en dos superconductors inclosa la uniÃ³, i $\displaystyle I_c$ Ã©s una constant, el corrent crÃtic de la uniÃ³. El corrent crÃtic Ã©s un parÃ metre important del dispositiu que por ser afectat per la temperatura i per un camp magnÃ¨tic. La constant fÃsica $\frac{h}{2 e}$ Ã©s el quÃ ntum de flux magnÃ¨tic, i la seva inversa Ã©s la constant de Josephson.

Es diferencien tres tipus d'efectes Josephson principals, l'efecte Josephson continu, l'efecte Josephson altern i l'efecte Josephson altern invers. Aquest efectes havien estat predits per Brian David Josephson el 1962 a partir de la teoria BCS. Aquests treballs li van valdre el premi Nobel de fÃsica el 1973 (juntament amb Leo Esaki i Ivar Giaever).

[edita] Efecte Josephson continu

L'efecte Josephson continu s'obtÃ© quan s'aplica un camp magnÃ¨tic a una uniÃ³ Josephson. El camp magnÃ¨tic produeix un desfase entre els parells de Cooper que travessen la uniÃ³ de manera anÃ loga a l'efecte Aharonov-Bohm. Aquest desfase pot produir interferÃ¨ncies destructives entre els parells de Cooper, aixÃ² comporta una reducciÃ³ del corrent mÃ xim que pot travessar la uniÃ³. Si $Î¦$ Ã©s el flux magnÃ¨tic a travÃ©s de la uniÃ³, tindrem la relaciÃ³:

$I_s^{max}= I_c \frac{\sin \frac{\pi \Phi}{\Phi_0}}{\frac{\pi \Phi}{\Phi_0}}$

L'efecte Josephson continu Ã©s aprofitat als magnetÃ²metres SQUID (Superconducting Quantum Inteference Device) per mesurar els camps magnÃ¨tics.

[edita] Efecte Josephson altern

A causa de l'efecte tÃºnel dels parells de Cooper, el corrent superconductor a travÃ©s de la barrera que separa els superconductors Ã©s:

$I s = I c sin(Ï† 1 âˆ’ Ï† 2)$

on $I c$ Ã©s un corrent caracterÃstic de la uniÃ³ i $Ï† 1,2$ sÃ³n les fases superconductores dels dos superconductors.

D'altra banda, la fase superconductora essent canÃ²nicament relacionada amb el nombre de partÃcules, obeeix a l'equaciÃ³ del moviment:

$\hbar \frac{d (\phi_1-\phi_2)}{dt} = 2 e (V_1-V_2)$

on $e$ Ã©s la cÃ rrega de l'electrÃ³, i $V 1 âˆ’ V 2$ Ã©s la diferÃ¨ncia de potencial existent entre els dos superconductors.

Resulta que : $I(t)=I_c \sin \left(\frac{2e}{\hbar} (V_1 -V_2) t +\varphi_0\right)$

Altrament dit, l'aplicaciÃ³ d'una diferÃ¨ncia de potencial comporta oscilÂ·lacions del corrent superconductor a una freqÃ¼Ã¨ncia $\frac{2 e}{h} (V_1-V_2)$ . El que significa que una uniÃ³ Josephson pot actuar com un convertidor voltatgeâ†’freqÃ¼Ã¨ncia perfecte. AixÃ l'efecte Josephson altern proporciona un mitjÃ per mesurar la relaciÃ³ $e / h$ .

[edita] Efecte Efecte Josephson altern invers

Si la fase pren la forma $\displaystyle \phi (t) = \phi_0 + n \omega t + a \sin( \omega t)$ , el voltatge i el corrent seran:

$U(t) = \frac{h}{2 e} \omega ( n + a \cos( \omega t) ), \ \ \ I(t) = I_c \sum_{m = -\infty}^{\infty} J_n (a) \sin (\phi_0 + (n + m) \omega t)$

El components de corrent continu seran $U = n \frac{h}{2 e} \omega, \ \ \ I(t) = I_c J_{-n} (a) \sin \phi_0$

Ã‰s a dir, per diferents voltatges de corrent continu, la uniÃ³ pot transportar corrent i actua com un convertidor freqÃ¼Ã¨nciaâ†’voltatge perfecte.

Giroscopi quÃ ntic
ReflexiÃ³ d'Andreev
ComputaciÃ³ quÃ ntica

[edita] ReferÃ¨ncies

Barone A, Paterno G. Physics and Applications of the Josephson Effect. New York: John Wiley & Sons; 1982.
B. Dutoit EPFL: SQUIDs et effet Josephson
J. M. Ziman Principles of the Theory of Solids (Cambridge University Press)
M. Tinkham Introduction to Superconductivity (Mc Graw Hill)
P. W. Anderson Basic Notions of Condensed Matter Physics (Addison-Wesley)
Nobel Foundation
SQUID magnetometers

Categoria: MecÃ nica quÃ ntica

Efecte Josephson

De ViquipÃ¨dia

Taula de continguts

[edita] L'efecte

[edita] Efecte Josephson continu

[edita] Efecte Josephson altern

[edita] Efecte Efecte Josephson altern invers

[edita] Vegeu tambÃ©

[edita] ReferÃ¨ncies

Views

NavegaciÃ³

comunitat

Cerca

En altres llengÃ¼es