Efectul Josephson • James Trefil, Enciclopedia "Două sute de legi ale universului"

Efectul Josephson

Teoria superconductivității Bardeen-Cooper-Schrieffer explică de ce rezistența electrică a unui număr de substanțe la temperaturi extrem de scăzute scade la aproape zero, astfel încât curentul electric poate circula în ele fără pierderi de foarte mult timp. Baza acestui mecanism este cuplare electronică în conformitate cu Coopera cărui semnificație constă în faptul că electronii perechi cu rotiri direcționate opus practic încetează să mai experimenteze rezistență din partea conductorului, spre deosebire de electronii unici care asigură conductivitatea electrică în condiții normale.

In 1962, Brian Josephson – fiind apoi numai studenții absolvent – a dat seama că cele două straturi supraconductoare separate printr-un strat subțire de izolator este neglijabilă numai câțiva atomi de gros, se va comporta ca un singur sistem. Aplicând principiile mecanicii cuantice la un astfel de sistem, el a arătat că perechile Cooper ar depăși această barieră (acum este obișnuit să o numim Joncțiunea Josephson) chiar și în absența tensiunii aplicate acestora. Existența unui curent electric de acest tip a fost în curând confirmată experimental, iar efectul însuși a fost de asemenea numit efectul staționar al lui Josephson.

Dacă aplicăm o tensiune constantă pe ambele părți ale tranziției, mecanica cuantică prezice că perechile de electroni Cooper vor începe să se miște prin barieră, mai întâi într-o direcție și apoi în direcția opusă, rezultând un curent alternativ, a cărui frecvență crește odată cu creșterea tensiunii. Acest efect este numit efect non-staționar josephson. Deoarece frecvența curentului poate fi măsurată cu o mare precizie, efectul curentului alternativ este acum utilizat pentru o calibrare de tensiune foarte precisă.

Cu toate acestea, probabil cea mai comună aplicare practică a efectului Josephson rezultă dintr-o altă predicție dată de mecanica cuantică. Dacă facem o mică bucla superconductoare cu două joncțiuni Josephson încorporate la fiecare capăt și apoi trecem un curent prin ea, vom obține un dispozitiv numit "interferometru cuantic supraconductiv" sau SQUID (de la dispozitivul de interferență superconductor QUANTUM). În funcție de intensitatea câmpului electromagnetic extern, curentul din circuitul său poate varia de la zero (atunci când curenții de la cele două tranziții se anulează reciproc) până la maxim (când sunt unidirecționali și se întăresc unul pe celălalt).

Interferometrul cuantic superconductor este cel mai precis dispozitiv de măsurare a câmpului magnetic până în prezent și, în același timp, foarte compact. Acesta găsește cea mai largă aplicație practică în diverse domenii, de la prezicerea cutremurelor la diagnosticarea medicală (cm. figura). Iar istoria efectului Josephson ne învață că descoperirea cea mai abstractă, aparent fizică, poate aduce beneficii practice extraordinare.

Brian David JOSEPHSON
Brian David Josephson, p. 1940

Fizician galez. Născut la Cardiff, a absolvit Universitatea Cambridge și a rămas să lucreze acolo. În 1964 a obținut diploma de doctorat, din 1974 – profesor de fizică. În 1962, în calitate de student, a prezis teoretic efectul care ia primit ulterior numele, pentru care în 1973 a împărțit Premiul Nobel pentru fizică cu oameni de știință experimentali care și-au confirmat ghicitul. Semnificația practică importantă a efectului din punctul de vedere al tehnologiei informatice și al tehnologiei informației – până la posibilitatea utilizării acesteia pentru dezvoltarea inteligenței artificiale – ia forțat pe Josephson să facă față cercetării minții umane.


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: