조지프슨 效果 또는 조셉슨 效果 ( 英語 : Josephson effect )란 超傳導體 와 超傳導體 사이에 電流 가 흐르지 못하는 不導體 를 끼워넣어도 電流가 흐르는 現象을 말한다. 2個의 超傳導體는 비전도 障壁으로 連結(Josephson Junction, 조지프슨 接合)되어 있으며, 이 障壁을 넘는 煎類는 조지프슨 電流 라고 불린다.

歷史 [ 編輯 ]

直流 조지프슨 效果는 1962年 以前의 實驗에서 이미 觀測되었으나 그 메커니즘 및 意義는 1962年 以前에는 알려지지 않았다. ^[1] 또한 조지프슨의 豫測 前에 正常的인 (卽, 非超傳導) 前者는 터널 效果 를 手段으로 絶緣 障壁을 통해 流動할 수 있는 것으로 알려져 있었으나 超傳導體에서 쿠퍼 雙 에 對한 類似한 效果는 알려지지 않았다.

英國의 物理學者인 브라이언 데이비드 조지프슨 은 1962年度에 조지프슨 效果를 豫測하는 論文을 發表하였으며, ^{[2] [3]} 이 效果가 超傳導體 사이에서 電子 쿠퍼 雙 의 直接 顚倒로 이어지는 障壁 絶緣의 틈에 起因한다고 說明하였다. 필립 워런 앤더슨 과 존 로웰( 英語 : John Rowell )은 조지프슨 效果를 實驗的으로 試驗하는 最初의 論文을 發表하였다. ^[4]

조지프슨 效果를 豫測한 功勞로 조지프슨은 1973年 노벨 物理學賞 을 受賞하였다. ^[5]

正義 [ 編輯 ]

조지프슨 效果는 巨視的 兩者 現象의 例이다. 조지프슨 效果의 基本 方程式은 다음과 같다. ^[6]

${\displaystyle U(t)={\frac {\hbar }{2e}}{\frac {\partial \phi }{\partial t}}}$ (超傳導 位相 鎭火 方程式)

${\displaystyle I(t)=I_{c}\sin(\phi (t))}$ (조지프슨 또는 弱한 連結 電流 位相 關係)

여기서 ${\displaystyle U(t)}$와 ${\displaystyle I(t)}$는 各各 조지프슨 接合 兩端의 電壓 및 電流이고, ${\displaystyle \phi (t)}$는 接合符에 걸친 位相差이다. ${\displaystyle I_{c}}$는 臨界 電流 接合 常數 이며, 이는 溫度뿐만 아니라, 追加된 磁氣場에 依해 影響을 받을 수 있는 裝置의 重要한 現象論的 媒介變數이다. 物理的 常數 ${\displaystyle h/2e}$는 조지프슨 常數 의 役인 自己 線束 養子 이다.

조지프슨 效果는 다음과 같이 세 가지 現象으로 나타난다.

• 直流 조지프슨 效果 ( 英語 : DC Josephson effect )
• 交流 조지프슨 效果 ( 英語 : AC Josephson effect )
• 驛 交流 조지프슨 效果 ( 英語 : inverse AC Josephson effect )

直流 조지프슨 效果 [ 編輯 ]

直流 조지프슨 效果 는 터널 效果 에 依한 外部 電磁氣場 의 不在 下에 絶緣體로부터 直流 交叉 現象이다. 이 조지프슨 電流가 絶緣體에 걸쳐 位相差의 사인 函數 에 比例하고 ${\displaystyle -I_{c}}$ 와 ${\displaystyle I_{c}}$ 사이 값을 取한다.

交流 조지프슨 效果 [ 編輯 ]

交流 조지프슨 效果 에서는 固定 電壓 ${\displaystyle U_{\text{DC}}}$ 接合符에 걸쳐, 位相은 時間에 따라 線形的으로 變化되고 交流 電流 ${\displaystyle I_{c}}$와 周波數 ${\displaystyle {\frac {2e}{h}}U_{DC}}$가 된다. 外部 電流 ${\displaystyle I_{\text{ext}}}$는

${\displaystyle I_{\text{ext}}=C_{J}{\frac {dv}{dt}}\,+\,I_{J}\sin \phi +V/R}$

가 된다. 이것은 조지프슨 接合이 完璧한 電壓-周波數 變換器의 役割을 할 수 있음을 의미한다.

驛 交流 조지프슨 效果 [ 編輯 ]

驛 交流 조지프슨 效果 에서는 位相이 이 形態를 取하는 境遇

${\displaystyle \phi (t)=\phi _{0}+n\omega t+a\sin(\omega t)}$

電壓과 電流는 다음과 같다.

${\displaystyle U(t)=(\hbar /2e)\omega (n+a\cos(\omega t))}$

${\displaystyle I(t)=I_{c}\sum _{m=-\infty }^{\infty }J_{n}(a)\sin(\phi _{0}+(n+m)\omega t)}$

直流 成分은 다음과 같다.

${\displaystyle U_{DC}=n(\hbar /2e)\omega }$

${\displaystyle I(t)=I_{c}J_{-n}(a)\sin \phi _{0}}$

따라서 別個의 交流 電壓에 對해, 接合은 直流 電流를 運搬하고 周波數-電壓 變換器 役割을 遂行할 수 있다.

應用 [ 編輯 ]

조지프슨 接合은 超傳導 兩者 干涉 裝置 (Superconducting QUantum Interference Device: SQUID), 超傳導 큐비트 및 RSFQ 디지털 電子 等 兩者 力學的 回路에 應用된다.

參考 文獻 [ 編輯 ]

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조지프슨 效果