El efecto Josephson supone que, en materiales superconductores, los pares de Cooper se encargan de transportar la corriente eléctrica.
Efecto Josephson es la denominación que recibe un fenómeno físico que, en 1962, fue anunciado por Brian David Josephson, un físico y profesor nacido en la capital de Gales. En reconocimiento a su importante predicción teórica, a este hombre que llegó al mundo en 1940 le adjudicaron el Premio Nobel de Física en 1973, año en el cual resultaron galardonados asimismo Ivar Giaever y Leo Esaki.
Cabe resaltar que Josephson, que tiene en su haber muchas distinciones que respaldan su trayectoria, ha llevado a cabo múltiples investigaciones en el laboratorio Cavendish perteneciente a la Universidad de Cambridge. En el caso del efecto identificado con su apellido, detectó que una corriente eléctrica tiene la capacidad de fluir entre un par de superconductores atravesando una capa fina de material aislante sin experimentar ninguna resistencia.
En recuerdo a los aportes y hallazgos de Brian, además, han ido surgiendo otras nociones que refieren a la identidad de este experto. Prueba de ello son las ideas de unión o junta Josephson, frecuencia de Josephson y voltaje de Josephson, entre otras.
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ResumenConceptos vinculados al efecto Josephson
Al hacer foco en las particularidades y los alcances del efecto Josephson se hace necesario aprender fundamentos, definiciones y particularidades en torno a conceptos clave.
Es esencial, por ejemplo, instruirse sobre qué y cómo es un superconductor (término que, en los ámbitos de la electrónica y la electricidad, describe al material que se erige como un conductor eléctrico perfecto al perder la resistencia eléctrica frente a temperaturas sumamente bajas) y en qué consiste la superconductividad (la propiedad que caracteriza a los elementos superconductores).
Hay que saber, incluso, a qué refiere la expresión de par de Cooper, la cual alude a la pareja de electrones que, aunque sus cargas son de signo idéntico, actúan en un estado superconductor como si hubiese atracción entre ellas y, por efecto túnel (fenómeno clave en el proceso de fusión nuclear de ciertas estrellas, por detallar un ejemplo), terminan traspasando la barrera aislante. Los pares de Cooper relacionados a superconductores convencionales, señala la teoría, presentan una función de onda de tipo s, mientras que al analizarlos en superconductores no convencionales hay chances de una asociación de tipo triplete y una interacción anisótropa entre electrones.
Cabe resaltar, de igual modo, que en un intento de explicación respecto a cómo llega a producirse la superconductividad, John Bardeen junto a sus colegas Leon Cooper y John Robert Schrieffer llegaron a gestar y a lanzar oficialmente la llamada teoría BCS (Bardeen-Cooper-Schrieffer), bautizada así como síntesis de las iniciales de cada involucrado. Este contenido focalizado en el transporte de corriente eléctrica en superconductores a cargo de pares de Cooper ha sido constructivo en ciertos aspectos, pero presenta limitaciones respecto a, por ejemplo, la interpretación del comportamiento de superconductores no convencionales.
El grafeno es un material que se destaca por su elevada conductividad eléctrica, no presenta un marcado efecto Joule y, cuando la luz lo alcanza, puede generar electricidad.
Aplicaciones
El efecto Josephson tiene numerosas finalidades y un alcance muy amplio. Las aplicaciones son múltiples, por más que todavía haya desafíos técnicos por superar en la fabricación de determinados dispositivos y limitaciones en cuanto a materiales, temperaturas y otras variables.
Los sensores SQUID, por detallar un caso específico que sirva como referencia, forman una estructura de anillo gracias a la unión de dos partes superconductoras. En este dispositivo, de gran utilidad al momento de analizar el magnetismo de un objeto, conviven la unión Josephson y la cuantización de flujo magnético.
Sacándole provecho a los pares de Cooper y apelando a uniones Josephson, en tanto, han existido proyectos experimentales con más de un bit cuántico (qubit). También es un recurso valioso dentro de la espectroscopía y de la metrología cuántica. Se ha podido establecer, además, que las juntas Josephson presentan potencial para la producción de un amplificador paramétrico cuántico.
Años atrás, por sumar más información, gracias a muestras ultrafrías investigadores pertenecientes a instituciones de diferentes países descubrieron que un gas superfluido atómico de esencia fermiónica había oscilaciones vinculadas al efecto Josephson. Y ha habido avances en ingeniería electrónica y física de la mano del efecto de diodo superconductor que se asocia a las ya citadas uniones Josephson.
En un oscilador con uniones Josephson se requiere al voltio estándar para alcanzar una frecuencia estimada en 483.5979 MHz.
Variedades del efecto Josephson
Según han determinado los estudiosos del tema, existen dos variedades de efecto Josephson.
Uno recibe la denominación de efecto Josephson continuo (o de corriente directa). En este caso, el aislante es atravesado por una corriente eléctrica continua sin que exista un campo electromagnético exterior. Ocurre cuando un campo magnético, medible mediante un SQUID (Dispositivo de Interferencia Cuántica Superconductora) y responsable de que entre pares de Cooper se produzca un desfase, es aplicado a una unión Josephson. Así, la unión es traspasada de manera semejante a lo que ocurre con el llamado efecto Aharonov-Bohm.
También hay un efecto Josephson de corriente alterna, el cual demuestra la posibilidad de aprovechar una unión Josephson como un conversor ideal de voltaje y frecuencias. En este marco se advierte, con el transcurso del tiempo, una alteración lineal entre uniones expuestas a un voltaje fijo.
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