L’effetto Josephson è il passaggio di elettroni accoppiati attraverso una sottile barriera dielettrica isolante posta tra due superconduttori. Una coppia di elettroni in rame passa attraverso lo strato isolante attraverso un effetto tunnel. Non c’è caduta di tensione mentre la corrente rimane al di sotto di un livello specifico, noto come corrente critica. Sotto tensioni costanti e positive, vengono mantenute correnti alternate e correnti continue dal passaggio di elettroni. L’effetto è stato previsto dalla teoria nei primi anni ‘1960 da Brian D. Josephson e viene utilizzato per effettuare misurazioni di temperature molto basse e nei circuiti di giunzione Josephson che possono commutare rapidamente i segnali per memorizzare i dati.
Gli elettroni passano attraverso un film isolante che è microscopicamente sottile. L’effetto Josephson può essere controllato applicando un campo magnetico che riduce la forza di una supercorrente attraverso la barriera. I campi magnetici sono bloccati dall’entrare all’interno della giunzione Josephson da vortici frazionari. L’intensità della corrente aumenta e diminuisce in punti diversi mentre l’intensità del campo viene intensificata, consentendo il controllo del passaggio del segnale e della commutazione.
Quando i superconduttori sono esposti alla corrente continua, le coppie di elettroni vengono fatte passare attraverso una barriera mentre le onde elettromagnetiche vengono rilasciate, il che si traduce nella produzione di piccole quantità di luce anziché di calore. L’effetto Josephson può essere applicato anche all’elettronica radio utilizzata in condizioni estremamente fredde, perché una giunzione Josephson può funzionare come un sensore di oscillazione elettromagnetica. I circuiti basati su questa giunzione possono anche memorizzare dati e possono essere fabbricati in spazi ristretti perché sono così efficienti, quindi è possibile l’uso nei computer.
L’effetto Josephson si verifica a temperature molto basse ed è più efficiente a temperature vicine a zero gradi Kelvin (circa -460°:F). I sistemi che utilizzano questo effetto possono essere collegati liberamente per misurare i campi magnetici. Possono anche generare bassi livelli di potenza come parte di generatori che possono essere progettati per essere commutati su molte frequenze. Il modo in cui viene utilizzato l’effetto Josephson dipende dalla conoscenza di un ingegnere della fisica quantistica e viene misurato utilizzando una varietà di formule matematiche complesse.
Gli strumenti che incorporano le giunzioni Josephson utilizzano l’effetto Josephson per effettuare misurazioni dimensionali precise, amplificare i segnali elettromagnetici e guidare computer veloci. Una giunzione a tunnel Josephson commuta i segnali più velocemente di qualsiasi altro interruttore a semiconduttore. Un tale sistema può funzionare a frequenze di corrente continua o microonde, quindi i superconduttori possono essere utilizzati in molte diverse applicazioni di metrologia e calcolo.