Dioda Josephsona
Dioda Josephsona to urządzenie elektroniczne, które przewodzi prąd elektryczny w jednym kierunku i jest rezystancyjne w drugim kierunku. Urządzenie jest złączem Josephsona wykazującym efekt diody nadprzewodzącej (SDE). Jest to przykład materiału kwantowego złącza Josephsona (QMJJ), w którym słabym ogniwem złącza jest materiał kwantowy.
Diody Josephsona można podzielić na dwie kategorie, wymagające zewnętrznego pola magnetycznego i te, które nie wymagają zewnętrznego pola magnetycznego; tak zwane „bezpolowe” diody Josephsona. W 2021 roku zrealizowano bezpolową diodę Josephsona.
Historia
Dioda Josephsona nosi imię brytyjskiego fizyka Briana Davida Josephsona , który przewidział efekt Josephsona ; i dioda rezystancyjna, ponieważ ma podobną funkcję. W 2007 roku zaproponowano „diodę Josephsona” o konstrukcji podobnej do konwencjonalnych złączy pn w półprzewodnikach, ale wykorzystującej nadprzewodniki domieszkowane otworami i elektronami. Różni się to od „Josephson fluxonic diode”, która została wprowadzona przed 2000 rokiem. Różni się również od tego, jak termin ten jest obecnie używany, gdzie dioda Josephsona jest złączem Josephsona wykazującym efekt diody nadprzewodzącej.
W 2020 roku wykazano efekt diody nadprzewodzącej w sztucznej supersieci [Nb / V / Ta] n . Bezpolowy efekt diody nadprzewodzącej został zrealizowany w 2021 roku w heterostrukturze van der Waalsa NbSe 2 /Nb 3 Br 8 /NbSe 2 - dioda Josephsona. Ta heterostruktura jest złączem Josephsona z materiału kwantowego, w którym ogniwem słabym (Nb 3 Br 8 ) jest materiał kwantowy, który według przewidywań będzie izolatorem atomowym z przeszkodą / izolatorem Motta.
Przewodnik użyty w demonstracji w 2020 roku nie był centrosymetryczny, co łamie symetrię przestrzenną, co oznacza, że rozróżnia elektrony o pędzie dodatnim i ujemnym. Ponadto system 2021 złamał również symetrię czasową – pozwalając elektronom ze spinem z dodatnim pędem zachowywać się inaczej niż elektrony ze spinem z pędem ujemnym.
Efekt diody nadprzewodzącej
Efekt diody nadprzewodzącej jest przykładem nadprzewodnictwa nieodwrotnego , w którym materiał jest nadprzewodzący w jednym kierunku i rezystancyjny w drugim. Prowadzi to do prostowania półfalowego , gdy przyłożony jest prąd przemienny o fali prostokątnej. W 2020 roku efekt ten wykazano w sztucznej supersieci [Nb / V / Ta] n . Uważa się, że zjawisko w diodzie Josephsona pochodzi z asymetrycznego tunelowania Josephsona.
teorie
Obecnie dokładny mechanizm działania diody Josephsona nie jest w pełni poznany. Pojawiły się jednak pewne teorie, które są obecnie przedmiotem badań teoretycznych. Istnieją dwa rodzaje diod Josephsona, w odniesieniu do których łamane są symetrie . Dioda Josephsona przerywająca inwersję i dioda Josephsona przerywająca inwersję i odwracanie czasu . Łamanie minimalnej symetrii Warunkiem powstania diody Josephsona jest złamanie symetrii inwersji. Łamanie symetrii jest wymagane do uzyskania transportu nieodwrotnego. Inny proponowany mechanizm krótkich połączeń Josephsona wywodzi się z par Coopera o skończonym pędzie . Możliwe jest również, że efekt diody nadprzewodzącej w JD pochodzi z efektów pola własnego, ale to wciąż wymaga rygorystycznych badań.