Der Josephson-Effekt ist der Durchgang von gepaarten Elektronen durch eine dünne, isolierende dielektrische Barriere zwischen zwei Supraleitern. Ein Kupferelektronenpaar durchdringt die Isolierschicht über einen Tunneleffekt. Es gibt keinen Spannungsabfall, solange der Strom unter einem bestimmten Wert bleibt, der als kritischer Strom bekannt ist. Bei konstanten, positiven Spannungen werden sowohl Wechselströme als auch Gleichströme aus dem Durchgang von Elektronen aufrechterhalten. Der Effekt wurde in den frühen 1960er Jahren von Brian D. Josephson theoretisch vorhergesagt und wird verwendet, um Messungen sehr niedriger Temperaturen und in Josephson-Übergangsschaltungen durchzuführen, die Signale schnell schalten können, um Daten zu speichern.
Elektronen passieren einen mikroskopisch dünnen Isolierfilm. Der Josephson-Effekt kann durch Anlegen eines Magnetfelds gesteuert werden, das die Stärke eines Suprastroms durch die Barriere verringert. Magnetfelder werden durch fraktionierte Wirbel daran gehindert, in das Innere des Josephson-Übergangs einzudringen. Die Stromstärke steigt und fällt an verschiedenen Stellen, während die Feldstärke verstärkt wird, wodurch der Signaldurchgang und die Umschaltung gesteuert werden können.
Wenn die Supraleiter Gleichstrom ausgesetzt werden, werden Elektronenpaare bei der Freisetzung elektromagnetischer Wellen durch eine Barriere geleitet, wodurch anstelle von Wärme kleine Lichtmengen erzeugt werden. Der Josephson-Effekt kann auch auf Funkelektronik angewendet werden, die unter extrem kalten Bedingungen verwendet wird, da ein Josephson-Übergang wie ein elektromagnetischer Schwingungssensor funktionieren kann. Schaltungen, die auf dieser Verbindung basieren, können auch Daten speichern und können auf engstem Raum hergestellt werden, weil sie so effizient sind, dass der Einsatz in Computern möglich ist.
Der Josephson-Effekt tritt bei sehr niedrigen Temperaturen auf und ist am effizientesten bei Temperaturen nahe null Grad Kelvin (ca. -460°:F). Systeme, die diesen Effekt nutzen, können lose verbunden werden, um magnetische Felder zu messen. Als Teil von Generatoren, die auf viele Frequenzen umschaltbar sind, können sie auch geringe Leistungen erzeugen. Wie der Josephson-Effekt verwendet wird, hängt von den Kenntnissen eines Ingenieurs in der Quantenphysik ab und wird anhand einer Vielzahl komplexer mathematischer Formeln gemessen.
Instrumente mit Josephson-Kontakten verwenden den Josephson-Effekt, um präzise Dimensionsmessungen durchzuführen, elektromagnetische Signale zu verstärken und schnelle Computer anzusteuern. Ein Josephson-Tunnelübergang schaltet Signale schneller als jeder andere Halbleiterschalter. Ein solches System kann bei Gleichstrom- oder Mikrowellenfrequenzen betrieben werden, sodass Supraleiter in vielen verschiedenen Mess- und Computeranwendungen verwendet werden können.