Wat is het Josephson-effect en waar wordt het toegepast?
Hallo lieve abonnees en gasten van mijn kanaal! We blijven de verbazingwekkende wereld van de natuurkunde bestuderen en vandaag wil ik het hebben over het Josephson-effect, en ook op welke gebieden het (het effect) actief wordt gebruikt. Dus laten we beginnen.
De essentie van het Josephson-effect
Volgens het Josephson-effect kan elektrische stroom door de ultradunne isolatorplaat gaan, die zich tussen de supergeleiders bevindt. Bovendien is een paar van dergelijke contacten in staat om de intensiteit van het magnetische veld met extreem hoge nauwkeurigheid te meten.
Openingseffect
Dus, als we de theorie van supergeleiding beschouwen Bardeen-Cooper-Schrieffer, dan kun je daar een verklaring vinden waarom bij extreem lage temperaturen de elektrische weerstand van sommige materialen bijna tot nul afneemt. Hierdoor kan de stroom in dergelijke gekoelde stoffen lange tijd zonder verliezen bewegen.
Dit mechanisme is gebaseerd op de Cooper-paaring van elektronen, volgens welke de gepaarde elektronen, waarvan de ruggen tegenover elkaar zijn gericht, voelen op zijn minst geen weerstand van de geleidende stof Woensdag.
In 1962 heeft g. undergraduate Brian Josephson kwam met een idee:
"Als je twee supergeleiders neemt en ze verbindt via een diëlektrische laag van slechts een paar atomen dik, dan vertoont zo'n 'sandwich' de eigenschappen van een enkel systeem."
En volgens zijn theorie, volgens de principes van de kwantummechanica, zullen Cooper-paren gemakkelijk door de barrière gaan vanuit een diëlektricum, zelfs zonder een externe spanningsbron.
De theorie van de aanwezigheid van dit soort stroom werd vervolgens experimenteel bevestigd en vervolgens werd een dergelijk effect genoemd stationair Josephson Effect.
Maar wanneer een constante spanning wordt toegepast op supergeleiders, volgens de kwantummechanica, Cooperparen van elektronen zullen door de overgang lopen, eerst in één richting en dan in het tegenovergestelde.
Als gevolg van dergelijke bewegingen wordt een wisselstroom opgewekt, waarvan de frequentie zal toenemen naarmate de spanning op de supergeleiders toeneemt.
Ditzelfde effect werd bekend als niet-stationair Josephson-effect. En aangezien de frequentie met succes met een zeer hoge nauwkeurigheid wordt gemeten, heeft dit effect toepassing gevonden voor zeer nauwkeurige spanningskalibratie.
Waar wordt dit effect gebruikt?
Het Josephson-effect werd actief gebruikt in een speciaal apparaat genaamd een supergeleidende kwantuminterferometer (op een andere manier wordt het ook wel SQUID - Supergeleidend Quantum Interference Device).
Wat structureel een supergeleidend circuit is met twee Josephson-juncties.
In dit geval verandert, afhankelijk van het externe elektromagnetische veld, de stroom in het apparaatcircuit van volledig nul (wanneer de stromen van twee overgangen worden opgeheven) tot een bepaalde maximale waarde (stromen van twee overgangen stromen in dezelfde richting en dus optellen).
Dit apparaat is het meest nauwkeurige instrument dat momenteel beschikbaar is om de parameters van magnetische velden te bepalen. Gebruikt in aardbevingsregistratie-instrumenten, medische apparaten, enz.
Conclusie
Dit is zo'n geweldig en buitengewoon nuttig Josephson-effect. Vond je het materiaal leuk? Zorg dan dat je likt en abonneert. Schrijf in de commentaren ook op wat u uit de volgende publicaties zou willen weten.
Kom op mijn website, er zijn ook veel interessante dingen.