Useful content

Wat is het Josephson-effect en waar wordt het toegepast?

click fraud protection

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.

Resistief model van de Josephson-kruising. Normale stroom vloeit langs de resistieve arm en superfluïde stroom stroomt langs de arm met de overgang
Resistief model van de Josephson-kruising. Normale stroom vloeit langs de resistieve arm en superfluïde stroom stroomt langs de arm met de overgang

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.

instagram viewer

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."

Supergeleiders en het Josephson-effect
Supergeleiders en het Josephson-effect

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.

Tunneling Cooper-paren door zwakke koppeling
Tunneling Cooper-paren door zwakke koppeling

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.

Schema van het PT-SQUID-apparaat
Schema van het PT-SQUID-apparaat

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).

a - enkelvoudig contact, b - supergeleidende kwantuminterferometers met twee contacten
a - enkelvoudig contact, b - supergeleidende kwantuminterferometers met twee contacten

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.

Beslaan van glaseenheden. Hoe om te gaan met dit probleem?

Beslaan van glaseenheden. Hoe om te gaan met dit probleem?

De eerste vorst laat zich voelen. Er verschijnt condens op de ramen. Er zijn verschillende redene...

Lees Verder

Baard, baard, baard warmt op bij koud weer - waarom een ​​haartrimmer het beste cadeau is voor een man en hoe deze te kiezen

Baard, baard, baard warmt op bij koud weer - waarom een ​​haartrimmer het beste cadeau is voor een man en hoe deze te kiezen

Haartrimmers zijn relatief recent in ons gebruik gekomen. Voorheen werden scharen of gewone schee...

Lees Verder

6 dingen die er vreselijk uitzien bij vrouwen van 40+ De mening van mijn man

6 dingen die er vreselijk uitzien bij vrouwen van 40+ De mening van mijn man

Ik ben geen modeontwerper of vrouwelijke ontwerper en daarom evalueer ik de damesgarderobe niet p...

Lees Verder

Instagram story viewer