تأثير جوزيفسونتأثير
في عام 1962، تنبأ الفيزيائي البريطاني برايان جوزيفسون، وكان حينها طالب دراسات عليا، نظرياً بأن تياراً سيمر عبر تلامس موصل فائق-عازل-موصل فائق، حتى لو كان الجهد صفراً. التأثير المستقر: التيار I = I_c sin φ، حيث I_c هو التيار الحرج، φ هو فرق الطور لوسائط الرتبة. التأثير غير المستقر: عند جهد ثابت V، يتغير الطور بمعدل dφ/dt = 2eV/ħ، مما ينتج تياراً متردداً بتردد 483.6 جيجاهرتز لكل ميلي فولت. هذا تجلٍ مباشر للتماسك الكمي للحالة العيانية فائقة التوصيل.
كيف يعمل
أشهر جهاز يعتمد على تأثير جوزيفسون هو سكويد (مقياس التداخل الكمومي فائق التوصيل)، القادر على التقاط مجالات مغناطيسية أضعف بمئة مليار مرة من مجال الأرض. يُستخدم في تخطيط الدماغ المغناطيسي الطبي.
💡 باستخدام تأثير جوزيفسون، بنى العلماء معايير للفولت بدقة تصل إلى 10⁻¹⁰، رابطين الجهد الكهربائي حصراً بالثوابت الأساسية e و h.
I = I_c \sin \varphi
I هو التيار عبر التلامس، I_c هو التيار الحرج (أقصى تيار فائق، يعتمد على المادة ودرجة الحرارة)، φ = θ₂ - θ₁ هو فرق الطور لوسائط الرتبة فائقة التوصيل في ضفتي التلامس (لا بعدي).
\frac{d\varphi}{dt} = \frac{2e}{\hbar} V
φ هو فرق الطور (لا بعدي)، t هو الزمن، V هو الجهد الثابت على الوصلة، e هو الشحنة الأولية (e ≈ 1.602×10⁻¹⁹ كولوم)، ħ هو ثابت بلانك المخفض (ħ ≈ 1.0546×10⁻³⁴ جول·ثانية). المعامل 2e/ħ ≈ 3.038×10⁹ ث⁻¹/فولت.