MATERIAŁY 

ELEKTRONICZNE

NADPRZEWODNIKI

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

Tunelowanie Josephsona - zjawisko fizyczne zapostulowane przez Briana 
Josephsona (Nagroda Nobla z fizyki w 1973 roku) w 1962 roku, a potwierdzone 
doświadczalnie w 1963. Efekt ten polega na tunelowaniu elektronów między 
dwoma nadprzewodnikami na granicy nadprzewodnik-izolator-nadprzewodnik (tzw. 

złącze Josephsona

). Nadprzewodniki rozdzielone są cienką warstwą wykonaną z 

dielektryka (izolatora) o grubości nanometrów.

Natężenie prądu płynącego przez złącze jest opisywane przez 

pierwsze prawo Josephsona

:

gdzie:

φ

- różnica faz funkcji falowych par Coopera po przeciwnych stronach złącza,

I

1

- parametr stały dla danego złącza zależny od temperatury złącza i bardzo silnie zależny od zewnętrznego pola 

magnetycznego.
Jeżeli dodatkowo na złączu przyłoży się napięcie 

U

(

t

), faza 

φ

będzie się zmieniać zgodnie z równaniem (

drugie 

prawo Josephsona

):

gdzie:
– h kreślone - Stała Plancka,

e

– ładunek elementarny.

43

Efekt Josephsona jest wykorzystywany w SQUIDzie. 
SQUID (ang.

Superconducting Quantum Interference Device

) -

urządzenie wykorzystujące efekt kwantyzacji strumienia indukcji 
magnetycznej w pierścieniu nadprzewodzącym i efekt Josephsona. 

Zastosowanie: 
-w przyrządach do pomiaru bardzo słabych pól magnetycznych (m.in. 
wywołanych akcją serca — magnetokardiografia) i bardzo słabych 
napięć, do detekcji i przemiany częstotliwości mikrofalowych, w
bolometrii i w termometrii szumowej, a także do realizacji wzorca 
jednostki napięcia.

Przy pewnej wartości natężenia prądu w jednym z nadprzewodników 
pole magnetyczne wywołane tym prądem niszczy stan 
nadprzewodzący w drugim metalu (efekt Meissnera). 

44

Element taki charakteryzuje się bardzo krótkim czasem przełączenia 
i małym poborem mocy. Logicznie równoważny jest tranzystorowi. 
Stosowane w dużych, złożonych układach scalonych do 
przyspieszania przekazywania sygnałów poprzez efekt tunelowania 
elektronów. 

Pomimo dużego wzrostu szybkości działania w porównaniu do 
tradycyjnych elementów półprzewodnikowych nie są zbyt 
rozpowszechnione z powodu wymogów temperaturowych (wymagane 
temperatury bliskie zeru bezwzględnemu). Układy scalone 
wykorzystujące zjawisko Josephsona są ciągle w stadium prac 
laboratoryjnych (wymagają bardzo niskich temperatur), ich zaletą
jest jednak szybkość działania od 100 do 1000 razy większa niż
krzemowych układów monolitycznych. Pomimo tego, złącza
Josephsona uważane są za przyszłościowy materiał dla elektroniki.

45

46

47